DE1520062A1 - Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Epoxydharzen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen EpoxydharzenInfo
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Description
High Polymer Cliemical Industries, Ltd., Osaka-sM, Japan
Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Epoxyharzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herst-ellung von
metallhaltigen, hitzefesten Epoxyharzen, insbesondere ein Verfahren, das durch die Verwendung von Metallchelaten
von Phenol-Formaldehydharzen als Reagenzien oder Härter
gekennzeichnet ist.
Ls ist allgemein bekannt, daß die Epoxyharze ebenso wie die phenolisciien und die Polyesterharze zu den Värnie
hortenden Harzen gehören, daß sie nach der Umwandlung mit
einem Härter hart und unschmelzbar werden und außerdem, da];; gehärtete Epoxyharze ungefähr siebenmal zäher sind
als Phenolharze. Außerdem haben die Epoxyharze viele wert-
0 0 9 8
BAD
volle Eigenschaften, ζ. B. je nach den gewählten Härtungsbedingunren
besondere eigenschaften, eine große Haftfähig-
QH keit, die auf den polaren aliphatischen Hydroxyl-(-C-)-
und Äther-(C-O-C)-Gruppen beruht -, die in der ursprünglichen
Harzkette oder im gehärteten System vorhanden sind, sowie gute chemische ./iderstandsf ähigkeit, da sie nach dem Härten
chemisch sehr inert sind, usw.. Daher fanden sie in vielen Industriezweigen verbreitete Anwendung als Farben, Klebstoffe,
Dichtflüssigkeiten, Laminate, G-ießmassen, verstärkte
Kunststoffe, usw.. Dementsprechend stieg ihr Verbrauch von Jahr zu Jahr. Andererseits jedoch forderten die Verbraucher
von diesen Harzen so hohe eigenschaften, daß es für die Industrie notwendig Wurde, die Qualität immer weiter zu
verbessern. Ein besonders .vichtiges Probiere auf dein Gebiet
der Gui£ma.ssen und Klebstoffe bestand in aer Verbesserung
der Värmefestigkeitseigenschaften.
Im allgemeinen werden die Epoxyharze aus mehrwertigem Phenol,
wie Bisphenol und einem Halogenhydrin, wie Lpich,lorhydrin,
hergestellt und sie besitzen bei Ziromerter-peratur eine starke
Reaktionsfähigkeit, Die bisher verfügbaren Epoxyharze besitzen ausgezeichnete Eigenschaften als Klebstoffe, die durch
das Vorliegen von chemisch aktiven Stellen bedingt sind, die
in der Formel durch üpoxyd-oder Äthoxylingruppen dargestellt
werden, sie können jedoch andererseits keine ausreioher.de
7/iderstandsf ähigkeit bieten, wenn sie so hohen Temperatur er.
ausgesetzt werden, wie sie der Verbraucher fordern kann, um sein, ständig steigendes Bedürfnis nach solchen Harzen au befriedigen.
' 0 0 9 823/1808
BAD ORIGINAL
i-lunmehr wurden Verfahren zur Einführung einer Reihe von
Letallkomplexen in die synthetischen Harze untersucht, um
die Struktur, auf der diese widersprüchlichen Eigenschafter, beruhen, zu ändern und sie in jeder Beziehung zu verbessern,
iiierbe.. wurden die neuen Epoxyharze gefunden, die verschiedene
ganz überragende Eigenschaften »srseigeii, wie liitzefestigxeit
usw. und zwar durch Verwendung von luetallchelaten
von Phenol-Formaldehydharzen als Reagenzien und neue Härter.
Die Kennzeichen der Erfindung werden nachstehend aufgeführt.
Das erste Kennzeichen bestellt darin, dali die gehärteten Btoffe durch Verwendung γοη elner-Pi'lienolharzchelat, das durch
Umsetzung von o-Lethylolphenol mit lüetallionen in Gegenwart
von Alkali hergestellt wurde, --ils Harter für Epoxyharze in
ihren Eigenschaften verbessert wurden. Die Phenolharzchelate
vertragen sich mit Epoxyharzen sehr gut und könüen als gute
Rohmaterialien für· Farbstoffe mit ausgezeichneten Härtungseigenschaften, wärmefeste Klebstoffe, Einbett- und ixieiimassen
verwendet werden, indem sie den Epoxyharze!; als Härter zugesetzt
werden.
Es war üblich, Phenolharze vom Resoltyp als gute Härter für
Epoxyharze zu verwenden, aber durch Einführung der I.Ietallchelate
bei Phenclharzen vom Repe-ltyp wurde e3 möglich, gehärtete
I.aterialiei: zu erzeugen, die eine so gute Festigkeit,
IiitsefestifcTkeit, Abriebfestigkeit und ßiegsankeit besitzen,
da.l es bisiier nicht gelang, diese Ergebnisse mit einer K
ii-iticr. von r.etallfreien Ihei:ol-rorr,ulaehydkcr.aensateij und
i,i.u:;--■: irr:en su erlialten.
009-823/1800
Das zweite Merkmal, besteht in der Herstellung der neuen
metallhaltigen Epoxyharze unter Verwendung der Phenolharzchelate als Reagenzien, d. h. daß die Phenolharzchelate
mit Epihalogenhydrin und dergleichen reagieren. Diese metallhä-tigen
Epoxyharze können durch, verschiedene organische Amine, genau wie die gewöhnlichen Epoxyharze, gehärtet werden.
Kachstehend werden die Merkmale der Erfindung hinsichtlich
des Härters ausführlicher beschrieben.
Viele neuerdings durchgeführte spektrophotometrische Studien haben gezeigt, daß Methylolderivate von Phenol in ortho-Stellung
mit iJetallionen in wässriger Lösung oder organischen Lösungsmitteln Chelate bilden und eine Farbreaktion verursachen, für die das verwendete Metall verantwortlich ist.
nenn 1/n Mole einer wässrigen Lösung eines mehrbasischen
Letalls .bei Zimmertemperatur unter heftigem Rühren in eine
wässrige Alkalisalzlösung von Phenol getropft werden, die
durch Zugabe von T auol von Phenolderivaten, die ein- oder
z\iei Lethylolrrupper. in ortho-Stellung tragen, zu einer
wässrigen Lösunr, die ,1 Mol Alkali enthält, hergestellt wurden, so wird die Chelatverbindung unter Färb- oder Niederschlagsbildung
gebildet. Lachstehend wird die Struktur der mit einem
zweiwertigen Letallion gebildeten Chelatverbindung gezeigt:
BADORfGtNAL
009823/1808
-CH2OH+1++
R--
(I)
Bei Metallen mit den Koordinationszahlen 6 oder 8 sieht sie
genauso aus. Daher können verschiedene Metalle verwendet werden, die in den Gruppen 2-8 des periodischen Systems.
stehen. Es ist natürlich notwendig, daß diese Metallsalze in "./aaser und organischen Lösungsmitteln löslich sind, und
"bei wässrigen Lösungen der Alkali 3 äl.ze von ketliylolphenolen
eine Dissociation in die Ionen erzeugen. Als Balz des mehrwertigen
Metalls können anorganische Salze, wie iij_trat, Sulfat, Phosphat, Chlorid, und die Salze organischer Säuren,
wie ^cetat, Oiu.lat etc., verwendet werden» Als l?henole
können unsubstituierte ihenole und mono-, ortho- oder parasubstituierte
Phenole von anorganischen, oder aliphatischen
gesättigten, ungesättigte!, oder aromatischen Gruppen,· wie Ivitro-, SuIfon-, Amino-, Halogen--, -'Methyl-, Äthyl-,.. Butyl-.,.
Allyl- und ^rylgruppen verwendet -werden. In vielen Fällen
wurden jedoch grate Ergebnisse bei Verwendung von in para-St3.11un,:*
substituierten Phenolen erhaltene
009823/180 β"
Da die nach der.* ober: angegeben en Verfahren durch o-.-.ethyloI-verbindungen,
die aus der: verschiedener angegebenen Phenolen
synthetisiert wurden, in Chelate überführten Verbindungen in vielen Fällen in Ί/asser unlöslich oder wenig löslich
sind, können durch ,/asciien uit './asser und Trocknen bei
100 - 120 0 nach den Filtrieren pulverförmige Chelate erhalten
werden. Diese Chelate besitzen mit .Epoxyharz eine
starke Reaktionsfähigkeit, die nit gewöhnlichem o-kethy±olphenol
nicht erhalten werden kann. Der Grund hierfür liegt darin, da..) die Chelate zwei aktivierte ./auserstoff e enthalte!.,
die durch die Chelatbildung· des !.Jsthylol-CH entstehen. Daher
hurten diese Chelate Epoxyharze. Außerdem sind die Phenolharzchelate
in organischen Lösungsmitteln oder Epoxyharz leicht löslich, obwohl sie selbst bei 200 C unschmelzbare oder
wenig schmelzbare Pulver darstellen. Zum Beispiel sind sie in
etwa 4o ^igerc Verhältnis löslich durch Erhitzen in :
■flüssigem, handelsüblichen Epoxyharz Araldite 660C (Produkt
der Ciba Co, Ltd., mit Bisphenol und Epichlorhydrin hergestelltes·
Epoxyharz) . Daher können die Phenolharzchelate vorteilhaft als Härter von handelsüblichen Epoxyharzen verwendet
v/erden. Zum Beispiel wird eine gefärbte ölige Masse, die .durch tischen von 100 Teilen Araldite 6600 und 10-70
Teilen■pulverformigen Chelaten hergestellt wurde, und die
etwa die Farbe von halbtransparenten Chelatverbindungen aeigt,
durch Erhitzen ein vollständig durchsichtiges hor.ogenes
tlaterial und wird dann zu einem besonders hitzefesten, ^e- /
härteten Material, das mit gehärteten Material unter Yorwendung
von Säureanhydriden oder Aminoderivaten als Härter nicht
kann. . ■
009823/1808
BAD ORIGINAL
Die .gemischten Massen, die dure.; Zugabe von Phenolharzchelaten
zu verschiedenen Epoxyharzen als Hartem hergestellt
wurden, können als Klebstoffe, Gieß- und Einbettungsstoffe oder lipoxylacke verwendet werden, indem sie in etwas
organische:- Lösungsmittel gelöst werden und zeigen je nach der
zu erwartende]: 'Anwendung ausgezeichnete Eigenschaften. So
zeigen sie, wie in .Beispiel 4 beschrieben ist, bei Verwendung
als Klebstoffe eine ausgezeichnete 'iitZebestandigkeit bei einer periodischen Warnieprüfung zwischen 2OC und - 60° G
und zeigten bei Zimmertemperatur eine überragende Klebfähig-.
keit, die auci. bei 180° C nicht vermindert wurde. Genau dasselbe
trifft für gehartete Gieß- ocier Pormpressnassen zu.
Tür Epoxyüberniüge ist es bekannt, da.; die Verwendung von
Phenolharzen als Harter im allgemeinen einen harten li'ilin
mit guter Hitze- und chemischer Widerstandsfähigkeit,lieferte■
Ihr großer ..achteil bestand jedoch aarin, daii der EiIm au
spröde zum biegen war.
Der unter Verwendung von Phenolharxchelaten als Härter
gehärtete iilm zeigt nicht nur eine bessere »/ärmefestigkeit
und chemische' ..iderstandsf ähigkeit als . bei Verwendung von
Phenolharze!:t senden, ist außerdem hart und darüberhinaus
außerordentlich biegsam bzw. flexibel.
itie oben ar.reführt, können diese aus Phenolharzchelaten und
Lpoxyh jze:. ,je-rischten Lassen vorteilhaft für solche Ver-,vendan;
e;; re„utiit werden, zu denen die gewöhnlichen Epoxyharz
en verwendet wurden, und sie zeigen ir.obesondere ausgezeichnete
Ei/ ei.schaftei: je n.-.ciider. zu erwartenden Yer.vendungs
00 98 2 3/1808 SA& MA^
zweck, da das Metall in ihre gehärtete Substanz durch
Kompoundieren des Phenolfiarz-Metallchelats als Härter in
gewöhnlichen Epoxyharzen eingeführt wird.
Nachstehend wird das neue Chelat-iialtige Epoxyharz, das
durch Epoxydation des Phenolharzchelates selbst hergestellt
wurde, ausführlich beschrieben.
..•ie in den Beispielen T - 4 gezeigt wird, kann.durch Um- "
setsurig von Phenol und Formaldehyd bei verhältnismäßig
tiefen Temperaturen und langen Reaktionszeiten o-Methylolphenol
erhalten werden, während durch Umsetzung von Phenol und Formaldehyd bei verhältnismäßig hohen Temperaturen in
Gegenwart eines Alkalikatalysators ein Harz vom sogenannten Resoltyp mit öliger Konsistenz und hohem Kondensationsgrad
erzeugt wird. Da dieses Harz vom Resoltyp an jedem oder an einem linde einen nicht kondensierten kethylolrest aufweist,
können nach derr oben beschriebenen Verfahren verschiedene Phenolnarzmetallchelate vom Resoltyp hergestellt werden.
lie Umsetzung dieses vielkernigen Itethylolmaterials (sogenanntes Res'jlhars) und I.ietallionen lässt sich wie folgt beschreiben:
BAD ORlGfNAL 009823/1808
(M
H M
009823/180 BAD OBIGiNAt
- ίο -
Falls R2 im Ghelat der allgemeinen Formel I Methylol ist,
so kann im Fall der Verbindung IV durch Umsetzung mit Phenol die Verbindung V erhalten werden:
HO-
Da sie phenolische OH-Gruppen in den Chelatrnolekülen besitzen,
können die "beiden durch die Formeln III αχΛ V
dargestellten VerbMungen nach dem üblichen Verfahren ·
mit Epihalohydrin oder Dihalohydrin glycidy.liert werden.
D. h., darf 100 Teile der Verbindung III oder V und 100 Teile
Spihalohydrin gemischt werden und eine 40 cp±ge .wässrige
Lösung der erforderlichen xilltalimengen bei einer Reaktionstemperatur
von 20 - 100° C, Yorzugsveise- 60 - 75° C, züge-tropft
werden, IUe erforderlichen Alkaliraengen werden durch
9823/180
ΒΑ0 ORIGINAL
theoretische. Berechnung für die Formel V bestimmt und bei
der Verbindung III wird eine aus der aus dem Verhältnis
vden ' .
von pli-V/ert und» der Verbindung III zugesetzten .tilkalirnengen
von pli-V/ert und» der Verbindung III zugesetzten .tilkalirnengen
angefertigten üijtrationskurve abgelesene Lienge verwendet.
Gleichseitig mit dein Eintropfen von .alkali fällt ein weißer
!«atriumhalofenidniederschlag aus. Kach dem .hintropfei. werden
die Bestandteile 20 - 40 Minuten gerührt, abgekühlt, mit 7/aoser gewaschen und überschüssiges Epihalohydrin abdestilliert,
so daü man daa Metallchelat-haltige Epoxyharz erhält.
Nach diesem Verfahren können die neuen Lpoxyharze, die verschied
ene Iuetalle als Chelate enthalten, unter Verwendung
von verschiedenen Phenolen, die anorganische, aliph-utische
gesättigte oaer ungesättigte oder aromatic ehe- Gruppen ent-
Vz. E.
halten, derart, daß Rj> Wasserstoff, eine I.itro-, üulfon-,
halten, derart, daß Rj> Wasserstoff, eine I.itro-, üulfon-,
Amino-, Lethyl-, Äthyl-, Butyl-, Allyl-, .iryl-Gruppe etc.
darstellt, als Rohmaterial Jiurgc-rt eilt-werden.
Nachstehend -.verden die Reakticnsformeln für diese Falle
angegeben:
PAO ORiGINAt 009823/180 8
+ Cl-CH0-CH-CH
2 V
(III)
(VI)
0 0 9823/ "16 08
_ 13—
-OH
-R.
+ Cl-CH2-CH-CH2
HO-
H-I-
CHp-CH-CH2-O-
-0-CH2-CH-CH2
-R,
(YII)
3/1808
_ 14 -
Im Falle der Chelatverbindungen I oder IV, die keine
phenοlisch en OH-Gruppen im Molekül enthalten, kann ein
Glycidylrest eingeführt werden, indem sie in Gegenwart eines Amins als Katalysator mit Epihäbhydrin umgesetzt
werden, um Halohydrine herzustellen, deren Ring mit Alkali geschlossen wird. Hierzu werden 100 - 200 Teile iiipihalohydrin,
100 Teile der Chelatverbindungen I oder IV zugesetzt, dann werden 0,5 - 3 Gew.-$, bezogen auf die Chelatverbindung,
tertiäres Λΐηΐη zugesetzt und die kiachung 1-5 Stunden
bei 60 - 100° C umgesetzte Nach Beendigung der Reaktion
werden die £estandteile bei einer Temperatur von 40 - 100 C,
vorzugsweise 60 - 75° C, gehalten und berechnete Biengen von
40 Jjiger wässriger natronlauge langsam unter heftigen Rühren
zugetropft, wobei gleichzeitig mit dem eintropfen ein
Hatriunihalofeniaiiiedertichlat; auf tritt «■■ I: ach dem .abkühlen und
waschen ir.it './asser wird überschüssiges üpihalohydrin durch
Vakuunidestillatiün entfernt und man erhält das L'poxyharzciielat
IX.
+ Cl-GH0-OH-CH0
2 V
009823/180 8 BAD ORlQINAL
GIL
GH2Cl (VIII)
I)
CH CH2
\,-qS V0-C
(IX)
CH
CHo
Daa nach diesem Verfuhren hergestellte, metallhaltige
Epoxyharz besitzt aktivierte t.aaserstoffe, die aus deu cheliertei: oder nichtclielierten m±± ketliylol-OH-Gruppen
am Kettenende stanrnen und die mit den üblichen Epoxyharzliärtern,
wie tiromatisehen .oder aliphatischen .-aninen, Polyamiden,
Carbonsaureanhydriden, eine Vernetsungsreaktion erseugen,
wobei gehärtete Stoffe mit außerordentlich guter
Hitzebestandifrkeit entstehen. Die erfiiidungsgemäii erhaltenen
neuen Lpoxyharze zeigen manchmal eine spezielle Färbunf für die
die eingeführten Lletallarten verantwortlich sind, i: ei fr ei. jedoch
viele ^ute 'Eigenschaften, wie z. ü. chemiache «'iderstcindB-fäliigkeit,
.ibriebfestigkeit, insbesondere Mitzebestii.diglceit
us'.Y, und sii; kenn er. nicht .nur, wie üblich, a3.s Klebstoffe,
Farben, Gie.:- oder Preaaforinmas.s-en für die Elektroindustrie
usw. ver.vei-det v/erden, senden: finden auch eine besonders
vorteilhafte Anwendung als Abdichtflüssigkeit^Futterstoffe,
fcpezialkleLatoffe, verstärkte Kunststoffe'und dergleichen,
die eine hohe Ilitsebestv.iidiglceit erf order:..
009823/18 08
3AD
Anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen wird die
Erfindung zum besseren Verständnis in den nachstehenden Beispielen eingehend "beschrie!)en.
24,8 g (0|2 Mol) Saligenin, hergestellt nach bekanntem
Verfahren, wurdenin wässriger lösung, die 8 g (0,4 Mol)
Ätznatron -
Jfe%5?eHiatige enthielt, gelöst und dann 500 ml einer Q,2n
wässrigen Lösung von Kaliumtitanyloxalat bei Zimmertemperatur
unter starkem:Rühren zugetropft, lach Beendigung der
Reaktion wurde das Wasser bei verringertem Druck abdestilliert
und die Chelatverbindung in festem Zustand erhalten. Die Chelatverbindung ist auch bei 200° C nicht schmelzbar,
in Alkoholen, oder Wasser leicht löslich und in unpolaren, organischen Lösungsmitteln unlöslich, lach dem gleichen
Verfahren können verschiedene Metallchelatverbindungen mit geeigneten wasserlöslichen Metallsalzen anstelle des Titansäuresalzes
hergestellt*werden.
38,8 g (0,2 Mol) 2-Methyl-4t-butyl-6-methylolph.enol wurden
in einer aus 8g HaOH und 100 ml Waeser hergestellten Lösung
aufgelöst. Dann wurden 500 ml einer 0,4n wässrigen Zinkchloridlcsung bei Zimmertemperatur u,nter heftigem Rühren in
diese Mischung eingetropft. Bach Beendigung der Reaktion;. wurde der gebildete Niederschlag abfiltriert, gewaschen und
getrocknet. Man erhielt so die Zinkchelatverbindung. Diese
009823/1808
152OQ62
Verbindung entspricht der obigen Formel I, wobei R1 die
t-Butyl-öruppe und Rg eine Methylgruppe ist. 70 Teile dieser
Chelatverbindung wurden bei 100 - 120° C mit 100 Teilen
Araldite 6600 gründlich gemischt und damit wurden Weicheisen-
bleche von 2x25x100 mm in 12 mm Braue überzogen, um diese
aufeinander zu schichteny
^ä 30 Minuten zur Härtung und Verbindung auf 180 C erhitzt wurde, besaß sie die unten angegebene
Klebst&rke. Zum Vergleich wurde durch Mischen von 100 Teilen Araldite 6600 und 70 Teilen eines nicht chelatierten,
metallfreien Phenolharzes ein metallfreier Klebstoff
hergestellt. .
Klebfestigkeit kg/cm | |
metallfrei Zn-Chelat |
80 120 |
Weiter wurde diese Chelatverbindung und Araldite 6071 (hergestellt von Ciba Co., Ltd., Kondensationsprodukt von
Epiciilorhydrin und Bisphenol) zur Herstellung einer Farbe
zusammengegeben«, Durch 30-minütiges Härten bei einer Temperatur von 180 - 200° C erhielt man, wie unten angegeben,
einen ausgezeichneten lackfilm.
009823/1808
Härte (Swordrocker Wert) | 40 - | 45 |
Reibfestigkeit | 50 - | 65 /10 |
Glanz | 112 - | 116 |
Lichtbeständigkeit | gut | |
Erichsen-Test | 7 - | 8 nun |
1,52 g (0,01 Mol) 2,4-Dimethyl-6-methylolphenol wurden in
einer aus 0,4 g (0,01 Mol) Natriumhydroxyd und bO ml Wasser
hergestellten Lösung gelöst und dann hierzu unter heftigem Rühren 50 ml 0,2n Zinkchloridlösung eingetropft. Der Niederschlag
wurde abfiltriert, gewaschen und getrocknet, wobei man die Chelatverbindung erhielt. Die Verbindung entspricht der
Strukturformel I, wobei R1 und Rg einen Methylolrest darstellen.
■
2 Die Verbindung geigt eine Klebfestigkeit von 160 kg/cm bei
Verwendung als Kfebstoff zusammen mit Äraldite 6600 wie in
Beispiel 2.
21 g (0,1 Mol) 2,6-Dimethylol-4t-butylphenol wurden in 100 ml
einer wässrigen Lösung, die 4g (0,1 Mol) hatriumhydroxyd enthielt,
gelöst und dann wurden unter heftigem Rühren 500 ml
009823/1808
eiller O,1n wässrigen ZinkchloridlcBung zugetropft. Der Wieder- I
schlag wurde abfiltriert, gewaschen und getrocknet, und man erhielt eine Chelatverbindung der Strukturformel I, in der
Rp einen Methylölrest und E-. eiiHit-Butylrest darstellen.
In der folgenden Tabelle wird der Schwund angegeben, der durch
Erhitzen einer durch Mischen von Araldite 6600 und verschiedenen Chelatverbindungen hergestellten, gehärteten Substanz
bei 200 C a»g&g££&oft^ wobei die Ghelatbildung nach dem gleichen
Verfahren unter Verwendung verschiedener ketalle, wie Te, LIg,
Al, Sr, etc., erfolgte. (Härtun£sbedingungen: 180° C, .
30 Minuten, 200° G, 20 Stunden) ' . ·■ :
!Tabelle 3
Art des Metalls | $ Schwundgewicht nach 24 Stunden Erhitzen auf 200° C |
0,40 | |
G, 72 | |
Ii=O ' | 0,93 |
1% | 0,51 |
Al | 0,83 |
Cr | 0,64 |
Zn | 0,52 |
Diesen Chelatverbindungen wurde zur Herstellung von Klebstoffen Araldite 660OaIs Härter zugesetst. Die Klebfestigkeit
dieser Klebstoffe, aus denen ein Überzug von 12 mm Breite,
00 9 823/1808
BAD ORtGiNAL
der 30 Minuten bei 180 C gehärtet wurde, hergestellt worden
war, wird nachstehend gezeigt:
Art des Metalls | Klebfestigkeit kg/cm | 180° C |
Mg-; Co Zn Mn Ca Ba Cd Ti |
Raum temperatur |
120 155 320 180 140 160 120 180 |
143 152 300 215 132 186 124 196 |
Die obige Tabelle zeigt, daß das Zn-Chelat unter diesen
Metallen die größte Klebfestigkeit besitzt. Wenn die unter Verwendung von Zn-Chelatverbindungen als Härter geklebten
Teststücke in einem Hitzeprüfzyklus getestet wurden, der
aus Erhitzen und Abkühlen bestand, und wobei zuerst 30 Minuten
auf 200° C erhitzt wurde und dann 30 Kinuten auf - 60° C
gekühlt wurde, so änderte sich die Klebfestigkeit wie nachstehend angegeben. Sie bewies dabei eine außerordentlich
gute Wärmefestigkeit.
009 823/1808
•Tabelle. 5
Zahl der Zyklen |
Im Wärnef estiglceitazyklus gezeigte Klebfeatigkeit (200° C - -60° G) kg/W |
0 | 300 |
1 | '; 280 |
2 | 260 |
3 | 290 |
4 | 280 |
5 | 270 |
6 | 290 |
7 | 290 |
8 | 310 |
9 | 280 |
10 | 280 |
Durch Mischen von Zn-Chelat mit Araldite 6071 zur Herstellung
eines Lacks, der 30 Minuten bei 180° G gehärtet wurde, erhielt
man ausgezeichnete Überzugsfilme, wie die nachstehende
Tabelle zeigt.
Härte (Swordrocker V/ertj | . 40 - 5o |
'Re!festigkeit | 60 - 70 -i/10 /U |
G-I anz | 114 - 115 |
Streifen-Test | gut |
Biegetest | gut |
Lichtbeständigkeit | gut |
00982 3/1808
94 g (1 Mol) Phenol und 162 g (36 #) Formalin und 2 ml
5n NaOH aq. wurden gemischt und T - P Stunden bei 60 - 70° C
umgesetzt. Dann wurde eine lösung von 40 g flatriumhydroxyd in 500 ml v/asser zugegeben und unter heftigem Rühren eine
durch Auflösen von 99 g Ferrichlorid in 500 ml V/as β ep hergestellte
Ferrichloridlösung zugetropft. Hierbei fiel ein
schwarz-violett gefärbter öliger niederschlag aus, der erstarrte,
nachdem man Ihn einen Tag und ,eine Nacht stehen gelassen
hatte und dann gepulvert wurde. Die unter Verwendung dieses Phenolharzchelats als Härter für Araldite 6071 gemischten
Massen können als ausgezeichnet härtende Lacke verwendet werden. Die Eigenschaften der Lackfilm sind nachstehend
angegeben.
(Tabelle 7
Härte (Swordrocker i'/erte) | 40 - 50 |
Reibfestigkeit | 50 - 60 /10 |
Glanz | 100 - 110 |
Streifen-Test | gut |
Biegetest | gut |
Lichtbeständigkeit | gut |
BAD OBiQfNAL
00 98 23/1808
Eine Lösung von 15 g (G,1 Mol) P-t-Butyl-phenol, 4 g
Eatriumhydroxyd und 16,5 g 36 feigem Formalin in 36 g Wasser
wurde 2 - 3 Stunden bei 40 - 80° C umgesetzt, wobei eine
hellgelb gefärbte, undurchsichtige, ölige Substanz abgeschieden
wurde. Dann wurden die hergestellten Stoffe abgekühlt und durch Zusatz von 300 ml Wasser erhielt man eine
einheitliche Lösung. Αϊ,schließend wurden 6,8 g Zinkchlorid
in 50 g Wasser bei 20 - 30 C gelöst und unter heftigem
Rühren in diese Lösung eingetropft. Beim eintropfen entstand gleichzeitig ein Niederschlag, der abfiltriert und
getrocknet wurde. Die durch IJischen von Araldite 6071 und
der erhaltenen Chelatverbindung als Härter erhaltene Klasse
lieferte ebenso wie in Beispiel 5 gute Ergebnisse als Lack.
liachstehend v/erden die Eigenschaften des bei 180° C
30 Minuten gehärteten Lackfilms angegeben.
Härte'(Swordroeker Werte) | I 40-50 |
Reibfestigkeit | 50-60 /10 |
Glanz | 110 - 115 |
Streifen-Test | gut |
Biegetest | gut |
Lichtbeständigkeit | gut |
BAD
009823/1808
Die in den Beispielen 2-5 erhaltenen Chelatverbindungen
waren mit Unoxide (ein durch Oxydation von ungesättigten cyclischen Verbindungen hergestelltes Epoxyharz der Union
Carbide and Carbon Co., Ltd.) verträglich und unter starker Hitzeentwicklung entstanden verhältnismäßig spröde gehärtete
Stoffe.
100 Teile dee in Beispiel 6 erhaltenen Phenol-Pormaldehydchelats
vom Besoltyp wurden in 150 Teilen Epichlorhydrin gelöst und hierzu-wurde unter heftigen Eühren eine 40 ?iige
wässrige Natronlauge getropft, deren Menge vorher nach der
Titrationskurve berechnet worden war. Nach Beendigung der
Umsetzung wurden die erzeugten Stoffe gewaschen und überschüssiges
Epihalohydrin abdestilliert und das beim Erhitzen ölige epoxydierte Harzchelat wurde erhalten. Dieses Harz
lie-2 sich durch organische Amine härten.
4-6 Teile Phenylendiamin wurden zu 100 Teilen des in
Beispiel 8 erhaltenen metallhaltigen GlycidylderivatB gegeben
und die liischung auf 100 - 120° C erhitzt, um eine
einheitliche ölige iuiscLung zu erhalten. Durch 3-stündiges
Erhitzen dieser mischung auf 160° C und anschließend 2 Stunden auf 180° G wurde ein gehärtetes Liaterial erhalten, das die
ix- der nachstehenden Tabelle angegebenen physikalischen
Eigenschaften auf-.vies.
009823/1808 BADORiGiNAL
kg/cm2 | Zimmertemperatur | 160° C |
Dr tick-f e s t igke it Zugfestigkeit Biegefestigkeit Klebfestigkeit |
1000 - 1500 600 - 900 98Ό - HOO 200 - 250 |
800 - 1200 500 - 850 750 - 1000 230 - 300 |
Von Interesse ist, dai3 man wärmefeste Lacke, die bei Normaltemperatur
härten, herstellen kann, indem man eine Lösung* von aliphatischen Aminen zur Lösung dieses Metallchelatglycidylderivats
zugibt. ■
-üine Mischung aus 100 g einer 50 ^igeri G-lycidylderivatlösung,
die durch Lösung im Lösungsmittelgemisch aus 40 Teilen MIBK?*
20 Teilen ButyleellasοIve und 40 Teilen Essigsäurebutylester
hergestellt worden war, und 100 g einer 5 ^igen Triäthylen- ■
tetraminlösung, die durch Auflösen im Lösung-smittelgemisch
aus 80 Teilen KIBK und 40 Teilen Butylcellosolve hergestellt worden war, lieferte beim .-oifstreichen oder Spritzen einen
Lackfilm von ausgezeichnetem Glana, Hitzefestigkeit und"
c.iemiocher -Beständigkeit.
' i.fcthylisobutylketon
BAD ORlGiNAL
009823/1808
Härte (Swordrocker Verte) | Aceton | Dauer | 50 - 55 | - |
Glanz | Ι,ΙΙΒΚ | 3 i-onate | 110 - 120 | •i/10 '' u |
Reibfestigkeit | lOfo H2SO4 | It | 60 - 65 | |
Streifen-Test | 1.0$ ITaOH | Il | gut | |
Biegetest | κ | gut | ||
Lichtbeständigkeit | gut | |||
Beständigkeit | gegen Chemikalien | ■jirgebi.is | ||
Temperatur | keine änderung | |||
Zimmertemperatur | ||||
Its | ||||
It | H | |||
Il | Il | |||
It | ||||
Ein Vergleich dieses Lacks mit einem metallfreien Lack, der nach den gleichen Verfahren aus metallfreien Glycidylderivaten
hergestellt wurde, zeigte folgende ^rgetnicse;
mit Metall | ohne Lie tail | |
Reibfestigkeit | 50-65 /10 | 30-40 /10 |
Streifen-Test | gut | gut |
Schlagfestigkeit | gut | nicht gut |
Härte (Sv/ordrocker Verte) | 40-50 | 30-40 |
Glanz. | 110-140 | 90-110 |
Biegetest | gut | nicht gut |
Beständigkeit bei ver- | sehr gut | gut |
^:·tä-rkter. Bewi 11 erung QQC | 823/1808 |
BAD ORIGINAL
Bs--ist offensichtlich, daß der erfindungsgemäß aus dem
.metallhaltige!; Epoxyharz hergestellte Lack verschiedene
Eigenschafter im Vergleich zu Lacken, die aus gewöhnlichem Harz hergestellt wurden, erheblich verbessert.
0,1 xol der r^ch Beispiel 4 hergestellten Ciielatverbindung IV
und 75,2 g *(;.-',8 UoI) Phenol wurden in einen Dreihalskolben
gegeben und "bei 60 - 80 C 5 Stunden reagieren gelassen.
Dar.i* wurde der Kolbeninhalt in 200 ml heißes Wasser gegossen
und der öli£· Anteil durch Abdekantieren isoliert. Der überflüssige Phenol wurde durch dreimalige 'wiederholung dieses
Vorgangs entfernt und man erhielt Verbindung V. kit 0,1 Mol
dieser Verbindung V wurden 184 g (2 laol) Epich!οrhydrin
£-eini£cüt und dann unter heftigen Rühren 20 g einer 40 Jiigen
natronlauge "fei 50 - 60° C augetropft. Gleichseitig mit dem
Eintropfen f:el dabei Natriumchlorid aus. I*ach Beendigung
des wutropfens wurde der Inhalt gev/aschen, getrocknet und
überschüssiges Epichlorhydrin abdestilliert, wobei man eine
halbfeste Substanz von hellbrauner Farbe erhielt. Die mit
Phenylendiamin wie in bei spiel 9 gehärtete Substanz besaß
die nachstehend gezeigten physikalischen Eigenschaften.
kg/cm2 | Sinmertenperatur | 160° C |
Druckfestigkeit Zugfestigkeit Klebfestigkeit |
900 - 1300 bOO - 1000 250 - 280 |
800 - 12 CG 600 - 900 260 - 290 |
009823/1808
BAD ORIGINAL.
Das nach !Beispiel 4 erhaltene Zinkchelat wurde folgendermaßen
glycidyliert: 150 Teile Epichlorhydrin wurden 100 Teilen der chelierten Substanz zugesetzt und dannweitere
0,5-5 Teile tertiäres Amin (z. B. Dimethylbenzylamin)
zugesetzt. Diese Mischung wurde bei 60 - 80° C 2 - 5 Stunden lang reagieren gelassen. Dann wurde eine lösung aus 84 Teilen
I\ atriumhydroxyd in 100 ml - "Wasser zugetropft, wobei gleichzeitig
mit dem Eintropfen natriumchlorid ausfiel, iiach
Beendigung des Zutropfens wurde noch 20 - 30 Minuten bei
der gleichen Temperatur unter Rühren die Reaktion fortgesetzt und dann abgebrochen. Das Reaktionsprodukt wurde mit V/aseer
gewaschen und überschüssiges Epichlorhydrin abdestilliert, so "dal, man eine ölige Substanz erhielt, die beim Abkühlen
erstarrte. Bei Verwendung von Phenylendiamin, wie in den
Beispielen 9 und 10 beschrieben, als Härter wurde bei Ziimnertemperatur
eine Klebfestigkeit von 200 - 250 kg/cm gemessen.
Es wurde die IiIeLfestigkeit des erfindungsgemäß hergestellten
metallhaltigen Epoxyharzes mit der eines gewöhnlichen Epoxyharzes
verglicher: und die erhaltenen Ergebnisse werden in
-der nach ε teilende:· Tabelle gezeigt, .als gewöhnliche Harze
nand*
wurden handelsübliches Bisphenol Typ AYUnoxide System Epoxyharz
verwendet, die kürzlich als hitaefeste Klebstoffe auf äen I-iarkt erschienen. Als metallhaltige Epoxyharze wurden
die Verbindungen der Beispiele 4, 9 und 10 verwendet.
BAD ORIGINAL 009823/1808
- | Klebfestigkeit kg/cm bei | erhöhter | Temperatur | C) |
Bisphenol A Typ Harz - | Zimmertemperatur | 30-100 | (100° | C) |
Unoxid Harz | 100 - 300 | 160-220 | (150° | |
met al!halti ge s Harz r | 140 - 200 | C) | ||
Zn-Chelat, Beispiel 4 | 320 | (180° | O | |
M it g | 300 | 230-300 | (160° | |
H Il IQ | 200 - 250 | 260-290 | (160° | |
250- 280 | ||||
Die obige Tabelle zeigt ganz klar, daß die metallhaltigen
Harze, verglichen mit den gewöhnlichen Harzen, insbesondere beim Erhitzen, eine außerordentlich verbesserte Klebfestigkeit
aufweisen.
0 0 9 8 .'» 3 / 1 S Π Β
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung eines metallhaltigen, hitze-"beständigen,
gehärteten Epoxyharzmaterials, dadurch gekennzeichnet, daii eine Verbindung, die mindestens 1 oder 2
eines Epoxygruppen im Molekül enthält, durch Zusatz 4«e Phenolharz
ehelates gehärtet wird, wobei das Phenolliarzchelat durch
Umsetzung eines o-Methylolphenoüiformaldehydharzes mit einem
Metallion hergestellt wird, oder daß das Epoxyharzchelat
durch Umsetzung von Ji^iiialohydrin oder I)ihaloh"drin mit der.!
Phenolharze;·elat hergestellt \/ird und :'aiir das L.-oicyhL!.r.'-chelat
durch ein organisches Amin oder dergleicuer, gehörtet
wird»
2. Yerfahren zur Ilerstellung des netallchelathaltigei-I'henolhurzes
n?.ch Ansprucli. 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Phenol oder Phenolderivate mit Formaldehyd in Gegenwart von
Alkali umgesetzt werden, hierzu eine wässrige ader alkoholische Lösung, die ein- oder mehrere Arten von mexir'./erti?; en
Metallsalzen enthalt, zugesetzt wird und dann der erhaltene i-iiederschlag abgetrennt und gewaschen wird.
3. Verfahren zur Herstellung des gehärteten Jupoxyharzes
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Epoxykondensat, das (rlycidylgruppen enthält, durch Zusatz eines Phencl-Formai3ehydharz-LIetallchela.tes
und anschließendes Lrnitser.
gemäß Anspruch 2 eehärtet wird.
sr/ - ~ BAD
sr/ - ~ BAD
009823/1808
- ■■■■■"' ■- - - ..- - 31 - ■
4. Verfahren zur Herstellung des Epcxyhur^kondensats,
dadurch gekennzeichnet, daß das i-ietallchelat-haltige Epoxykondensat
gemäia Anspruch T durch Umsetzung des PheiiolforDialdehyd
!«letallchelats vom Resoltyp mit Epihalohydrii: in Gegenwart eines
alkalischen Katalysators hergestellt wird.
5. Verfahr-en zur Herstellung des metallhaltigen Epoxyharskondensates
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal; β»« ein ο-I..ethylolphenol-iüetallchelat genää ansprach 2
mit Sjjihalohydrin oder Dihalohydrii: in Gegenwart- eines An ins
oder dergleichen als Katalysator.um^esetiit wird und dann der
RiiV des Reulrtioncproduktec nit alkali geschlcuseix v/ird, au
dort die Glyoidylgruppen einzuführen.
6. Verfahren zur Herstellung des Epoxyharzkondensats,
dadurch /rekein;zeichnet, dal. nan phenolische CH-druppen in
chelathaltige iuethyJ-olverbindung-en, die kein phenolisches
OH enthalt ei:, e.;nf.'hrt, inden. raai: sie mit Phenol uinsetEt
und nach der.. Yerfahrei, von Anspruch 4 epoxydiert.
7. Epoxyharz, hergestellt nach de::. Verfahr er. der Ansprüche
3-5 unter Verwendung eines. rhenolh-arzchelats, dadurch rekennzeichnet,
daü das mehrwertige idetallsalz nach .unspruch 2
aas den Eler.ar.ten der 2. bis
8. Gruppe des periodischen
Systems, aus gewühlt v,?ird.
009823/1808
β. -u.po.xyh ;r:.;e, hergestellt nach dem Verfahren von
Anspruch 3, "4 oder 5 unter Verwendung- eines Phenolharzchelates,-dadurch,
gekennzeichnet, dat als uehrwertiges metall salz nach Anspruch 2 ein anorganisches balz, vie
ein i'itrat, sulfat, PJiospli.it ofier Chlorid, oder eir orgarisäieo
Salz, wie bin Acetat oder üxalat, gewählt ./ird,
dan in ,VaoSer oder organischen Lösungsmitteln, ./ie Alkoholen
löslicli ist.
9· Epoxylx.ir^e , hergestellt nach de::i Vorfahren der Ansprüche
5» 4. oder I-, unter Ver./ei. dunj eines Phenolliarzchelates,
dadurch gekennzeichnet, daJo es ein durcli anorganische
Alkyl-, Allyl- oder aromatische υ-r.iypen, \/ie Jlalogen,
j-.itro-, Aniir.o-, Sulfonmethyl-, ittjiyl-, Propyl- und I^utylgruppen
in para- oder ortho-Stellung des Phenols in Anspruch
substituiertes Produkt enthc.lt.
10. Hitzehärtbare Zpoxyharsmasse nac.i- ..nspruch 1, dadurcli
gekennzeichnet, dai 100 Teile des i,po:cylco.ndens;ites, ..veiches
G-1/cidylgru ;.pen' enthalt, und 1C - TC Ieile eines Phenol-Forinaldehydharz-x-etallchelats
nach ,aispruch 2, kombiniert werden, und dann als Laterial für l£e\Lbstoffe, zum Gieren oder
Pressformen, Linbrermlacke etc. verwendet werden.
11. liipoxylij-ra, hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch
3 oder 5 unter Versendung eines Phenolharr,chelates, dadurc.·,.
gekennzeichnet, daL· o-nethylolphenol durch langdauernde Ur.-setzung
bei niederer Temperatur nach der Reaktion von ju:-
spfuöh "2. isoJiert und ins Chelat überführt v/irü.
,. 0 0 9823/180 8
BAD ORfGiNAI.
12. .Epoxyharz, hergestellt nach der,- Verfahren von Anspruch
3 oder 4, unter Verwendung eines Phenolharzchelates, dadurch
gekennzeichnet, dat. der vielkernige Llethylolkörper (Harz
VOiTi Resoltyp) durch Umsetzung bei verhältnismäßig hoher
Temperatur nach der Reaktion von Einspruch 2 hergestellt und
in Chelat überführt wird.
13. Verfahren zur Herstellung des kpo-xyharses von .anspruch
4, dadurch gekennzeichnet, da;j man es bei einer Heaktionstemperatur
von 20 - 100° G in Gegenwart von alkali unter
Verwendung von Epichlorhydrin als .apihaloiiydrln nach Anspruch
4 umsetzt.
14. Verfahren zur Herstellung des .Epoxyharz es von Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, dml es cei 60 - 100 C 1 - 5
Stunden in G-egenv/art von 0,5 - 3 G-ev/.-jo eines tertiärer.
Amins unter Vervendung von iipichlorhydriii als ±ipihalohydrin
geruLu Anspruch 5 umgesetzt wird.
15. Verfahren zur Herste" lung eines gehärteten Euoxyharzes,
dadurch rekennzeichntt, daiä ein Epoxykond ensat chelat, das
nach dein Verfahren der ^nsprüche 4 oder I- hergeGtexlt wurde,
mit organischen Aminen, Polyaraid oder ü^rbonsäureanhyüriden
usw. gehörtet v/ird.
BAD ORIGINAL 009823/1808
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4622361 | 1961-12-21 | ||
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Publications (2)
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US (1) | US3298999A (de) |
DE (2) | DE1570750C3 (de) |
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