DE2166606B2 - HEAT-TURNABLE, SOLID EPOXY RESIN COMPOSITES - Google Patents

HEAT-TURNABLE, SOLID EPOXY RESIN COMPOSITES

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DE2166606B2 DE19712166606 DE2166606A DE2166606B2 DE 2166606 B2 DE2166606 B2 DE 2166606B2 DE 19712166606 DE19712166606 DE 19712166606 DE 2166606 A DE2166606 A DE 2166606A DE 2166606 B2 DE2166606 B2 DE 2166606B2
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Description

Monomeres Cyanamid in Form wäßriger Lösungen und Derivate des Cyanamids werden seit gerau- »ier Zeit in verschiedenen Bereichen der Chemie eingesetzt. Die dimere Form des Cyanamids, das Dicyandiamid, wird auch zur Härtung von Epoxidharlen, insbesondere bei der Verarbeitung von Prepregs, Preßmassen und Pulverlacken verwendet. Zur Aushärtung sind jedoch im Falle des Dicyandiamids •elbst bei Mitverwendung von Beschleunigern verhältnismäßig hohe Temperaturen erforderlich, und «s ist immer wieder mit nur geringem Erfolg versucht worden, die Aushärtungstemperatur zu senken.Monomeric cyanamide in the form of aqueous solutions and derivatives of cyanamide have been “Already employed in various areas of chemistry. The dimeric form of cyanamide, dicyandiamide, is also used to harden epoxy resins, used especially in the processing of prepregs, molding compounds and powder coatings. For curing however, in the case of dicyandiamide, they are proportionate even when accelerators are also used high temperatures are required, and it is tried again and again with little success been used to lower the curing temperature.

Unter Verwendung von festem Dicyandiamid ist es außerdem nicht möglich, bei Raumtemperatur oder trhöhten Temperaturen flüssige Epoxidharze lösungsmittel frei in ein festes, noch schmelzbares B-Stadium zu überführen.With the use of solid dicyandiamide it is also not possible at room temperature or At elevated temperatures, liquid epoxy resins are solvent-free into a solid, still fusible one B-stage to transfer.

Unter Verwendung von aromatischen Aminen als Härtungsmittcl in Verbindung mit flüssigen Epoxidharzen läßt sich zwar ein B-Stadium glatt erzielen, jedoch zeigen amingehärtete Epoxidharze im ausgeliürleten Zustand ein sehr schlechtes Verhalten bei Wärmealterung, d. h. eine starke Versprödung.Using aromatic amines as hardeners in connection with liquid epoxy resins Although a B-stage can be achieved smoothly, amine-cured epoxy resins show in the liquidated state Condition has very poor heat aging behavior, i. H. a strong embrittlement.

Unter Epoxidharzen sind solche mit mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül zu verstehen, insbesondere bei Raumtemperatur flüssige Di- und Polyglycidylälher, die sich einerseits von mehrwertigen Phenolen, insbesondere Bisphenolen, sowie Novolaken und mehrwertigen Alkoholen, insbesondere Dialkoliolcn, z. B. Polypropylenglykol, und andererseits von Epichlorhydrin und gegebenenfalls Meihylepichlorhydrin, ableiten. Daneben sind auch Glycidylester von Di- und Polycarbonsäuren, insbesondere der aromatischen Reihe, z. B. Phthalsäure, und der aliphatischen Reihe geeignet. Die Epoxidharze, die durch Epoxidierung von olefinischen Verbindungen erhalten werden, können ebenfalls verwendet werden, 6S werden aber nicht bevorzugt. Es können auch Mischungen der angeführten Epoxidharze untereinander bzw. mit sogenannten reaktiven Verdünnern, d. h.Epoxy resins are to be understood as having more than one epoxy group per molecule, especially di- and polyglycidyl ethers which are liquid at room temperature and which are derived from polyhydric phenols, especially bisphenols, and novolaks and polyhydric alcohols, especially dialcoliols, e.g. B. polypropylene glycol, and on the other hand, derived from epichlorohydrin and optionally meihylepichlorohydrin. In addition, glycidyl esters of di- and polycarboxylic acids, especially of the aromatic series, z. B. phthalic acid, and the aliphatic series are suitable. The epoxy resins obtained by epoxidation of olefinic compounds can also be used, 6 S but are not preferred. Mixtures of the listed epoxy resins with one another or with so-called reactive thinners, ie

insbesondere Monoglycidyläthern von Alkoholen oder Phenolen oder Monoglycidylestern von Carbonsäuren, insbesondere der aromatischen und aliphatischen Reihe, verwendet werden.in particular monoglycidyl ethers of alcohols or phenols or monoglycidyl esters of carboxylic acids, in particular of the aromatic and aliphatic series can be used.

Die zu verwendende Menge an Cyanamid kann erheblich variiert werden, ohne daß die Eigenschaften wesentlich geändert werden. Mit Verhältnissen von 0,5 Mol je Äquivalent Epoxid werden gute Ergebnisse erzielt, mit größeren Mengen (0,6 Mol) nimmt die Reaktivität zu.The amount of cyanamide to be used can be varied considerably without affecting the properties be changed significantly. With ratios of 0.5 moles per equivalent of epoxide, good results are obtained achieved, with larger amounts (0.6 mol) the reactivity increases.

Gemäß der einfachsten Ausführungsform der Erfindung wird wasserfreies, monomeres Cyanamid im auf etwa 50° C erwärmten Epoxidharz gelöst, wonach die Lösung bei Raumtemperatur abhängig von den im Epoxidharz enthaltenen Verunreinigungen und der Stabilisierung des Cyanamids tage- bis wochenlang unverändert bleibt. Größere Mengen können allerdings nach Ablauf dieser »Intierungszeit« spontan unter starker Wärmetönung durchreagieren, während bei Schichtdicken in der Größenordnung von 1 cm sich ein B-Stadium einstellt.According to the simplest embodiment of the invention, anhydrous, monomeric cyanamide is im Dissolved epoxy resin heated to about 50 ° C, after which the solution at room temperature depending on the impurities contained in the epoxy resin and the stabilization of the cyanamide from days to remains unchanged for weeks. Larger amounts can, however, after this »intimation period« React spontaneously with strong warming, while in the case of layer thicknesses in the order of magnitude from 1 cm a B-stage is established.

Dieses einfachste erfindungsgemäße, quasi-latente System kann in der Praxis angewandt werden, um z. B. glasfaserverstärkte Kunststoffe, z. B. Formkörper, Platten, Rohre, Verklebungen oder Beschichtungen, direkt aus flüssiger Phase durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb etwa 100 bis etwa 200 -C zu erzeugen. Auch für Gießharzzwecke ist dieses System geeignet, unter der Voraussetzung, daß kein übermäßig hoher Wärmestau zu Rissen oder sogar Verkohlung führt. In der Regel läßt sich dies am einfachsten durch Füllstoffzusatz und Wärmeableitung beherrschen.This simplest, quasi-latent according to the invention System can be applied in practice to e.g. B. glass fiber reinforced plastics, e.g. B. moldings, Plates, pipes, bonds or coatings, directly from the liquid phase by heating Generate temperatures above about 100 to about 200 -C. This is also used for cast resin purposes System suitable, provided that no excessively high heat build-up causes cracks or even Charring leads. As a rule, the easiest way to do this is by adding fillers and dissipating heat dominate.

Es wurde ferner gefunden, daß man Oie Reaktion zwischen Epoxidharzen und wasserfreiem monomeren Cyanamid durch Zusatz geringer Mengen beschleunigender Substanzen, so steuern kann, daß für die genannten Zwecke die Aushärtungstemperaturen bzw. -zeiten unter Verkürzung der Topfzeit erheblich gesenkt werden. Als Beschleuniger sind Amine, wie sie auf dem Epoxidharzsektor in Verbindung mit anderen Härtungsmitteln üblich sind, insbesondere tertiäre Amine, geeignet.It has also been found that the reaction between epoxy resins and anhydrous monomers Cyanamide by adding small amounts of accelerating substances can control that for the purposes mentioned reduce the curing temperatures and times while reducing the pot life considerably be lowered. Amines are used as accelerators, such as those used in conjunction with others in the epoxy resin sector Curing agents are customary, especially tertiary amines, suitable.

Aus der großen Zahl verwendbarer tertiärer Amine seien nachfolgend einige besonders günstige und gut zugängliche genannt: Triäthylamin, Diäthylmethylamin, Tnbutylamin, N,N'-Tetramethyläthylendiamin, Dimethyl- und Diäthyläthanolamin, Benzyldimethylamin, (Dimethylaminomethy!) - phenol, Tri-(dimethylaminomethyl)-phenol u. dgl. Es können auch tertiäre Amine in situ aus primären oder sekundären Aminen durch Umsetzung mit Epoxidverbindungen gebildet werden und wirksam sein.From the large number of tertiary amines that can be used, some particularly favorable ones are mentioned below and easily accessible ones called: triethylamine, diethylmethylamine, butylamine, N, N'-tetramethylethylenediamine, Dimethyl and diethylethanolamine, benzyldimethylamine, (Dimethylaminomethy!) - phenol, Tri- (dimethylaminomethyl) phenol and the like. Tertiary amines can also be used in situ from primary or secondary Amines are formed by reaction with epoxy compounds and are effective.

Gegenstand der Erfindung sind heißhärtbare, feste Epoxidharzmassen, hergestellt ausThe invention relates to thermosetting, solid epoxy resin compositions made from

a) flüssigen Di- und/oder Polyglycidyläthern von Di- und'oder Polyphenolen oder aus flüssigen Mischungen dieser Glycidyläther mit bis zu 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Epoxidharzkomponente, an Mono- oder Diglycidylverbindungen, nämlich Glycidyläthern von ein- oder mehrwertigen Phenolen oder Alkoholen oder Glycidylestern von ein- oder mehrwertigen Carbonsäuren und ausa) liquid di- and / or polyglycidyl ethers of di- und'oder polyphenols or from liquid mixtures of these glycidyl ethers with up to 20 percent by weight, based on the entire epoxy resin component, on mono- or diglycidyl compounds, namely glycidyl ethers of mono- or polyhydric phenols or alcohols or glycidyl esters of mono- or polybasic carboxylic acids and from

b) wasserfreiem monomeren Cyanamid in Mengen von 0,3 bis 0,6 Mol je Epoxidäquivalent und gegebenenfalls ausb) anhydrous monomeric cyanamide in amounts of 0.3 to 0.6 mol per epoxide equivalent and, if necessary, off

c) Beschleunigern und/oderc) accelerators and / or

d) Füllstoffen und/oder Verstärkungsmitteln mit Pigmenten und Hilfsstoffend) fillers and / or reinforcing agents with pigments and auxiliaries

durch Überführen in den B-Zustand im Temperaturbereich von etwa 20 bis etwa 130° C unter anschließendem Abkühlen. Für diese Epoxidharzmassen sind als Hauptkomponente Glycidyläther auf Basis von Bisphenolen mit Epoxid-Äquivalentgewiditen von 190 bis etwa 400 besonders geeignet.by converting to the B-stage in the temperature range from about 20 to about 130 ° C below Cooling down. The main component of these epoxy resin compounds is glycidyl ether based on Bisphenols with epoxy equivalent weights of 190 to about 400 are particularly suitable.

Der B-Zustand kann unter anderem bei Raumtemperatur innerhalb von z. B. 24 h erzeugt werden, vorausgesetzt, daß die Bildung bereits vernetzter Produkte durch übermäßigen Wärmestau vermieden wird. Bei höherem Gehalt an z. B. Füllstoffen, Glasfasern od. dgl., wie dies bei der Formulierung von Preßmassen oder Prepregs gegeben ist, wird in der Regel die Reaktionswärme durch das anorganische Material hinreichend abgefangen. Bei nicht oder schwach gefüllten Formulierungen, z. B. bei der Her- »o Stellung von Pulverlacken, wird ein unzulässig hoher Wärmestau am einfachsten vermieden, indem man die Formulierung in flachen Schalen der Anhärtung bzw. Erstarrung überläßt, d. h. die Aushärtung in nicht zu hoher Schichtdicke erfolgen läßt. »5The B-stage can inter alia at room temperature within z. B. generated 24 hours, provided that the formation of already crosslinked products due to excessive heat build-up is avoided will. With a higher content of z. B. fillers, glass fibers od. Like. As in the formulation of If molding compounds or prepregs are given, the heat of reaction is usually caused by the inorganic Material sufficiently intercepted. In the case of non-filled or weakly filled formulations, e.g. B. at the Her- »o Position of powder coatings, the easiest way to avoid an unacceptably high build-up of heat is by leaves the formulation to harden or solidify in shallow dishes, d. H. curing in cannot be applied too thickly. »5

Die heißhärtbaren Epoxidharzmassen können entweder ohne weitere Zusätze oder mit von vornherein miteingearbeiteten Füllstoffen, Pigmenten, Verstärkungsfasern und/oder Hilfsstoffen, z. B. als Klebstoffe, Beschichtungen, Preßmassen usw. verarbeitet werden. Es ist insbesondere möglich, auf normalen Walzenstühlen bei Raumtemperatur — anstatt in der Wärme mittels spezieller Extruder — Pulverlackformulierungen zu bereiten.The thermosetting epoxy resin compositions can either be used without further additives or with them from the start incorporated fillers, pigments, reinforcing fibers and / or auxiliaries, e.g. B. as adhesives, Coatings, molding compounds, etc. are processed. It is especially possible on normal Roller mills at room temperature - instead of in the heat using special extruders - powder coating formulations to prepare.

Diese Epoxidharzmassen sind ferner geeignet, sogenannte Prepregs herzustellen, indem man mit den zunächst flüssigen Harz'Härter-Ansätzen Fasermatten bzw. -gewebe, ζ. Β. Glasfasermatten oder -Gewebe, tränkt und diese anschließend bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur zum B-Zustand *° führt.These epoxy resin compositions are also suitable for producing so-called prepregs by using the initially liquid resin 'hardener approaches fiber mats or fabric, ζ. Β. Fiberglass mats or fabric, soaks them and then at room temperature or increased temperature leads to B-stage * °.

Beispiel 1example 1

In 100 g des Diglycidyläthers des Diphenylolpropans (Epoxyäquivalentgewicht 190) wurden bei 50° C 11,4 g wasserfreies monomeres Cyanamid gelöst. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden 0,1 g Benzyldimethylamin eingerührt und das flüssige Gemisch in flachen Schalen in einer Schichtdicke von etwa 1 cm für 2 Tage bei Raumtemperatur gelagert. Der Ansatz war danach zu einer hart-spröden, klaren Masse (B-Zustand) erstarrt. Diese wurde gebrochen und gemahlen. Unter Verwendung dieses B-Stage-Pulvers wurden überlappte Stahlvei klebungen hergestellt, die nach 30 min Härtung bei 125° C eine Zugscherfestigkeit von 2,5 kp/mm2 aufwiesen.11.4 g of anhydrous monomeric cyanamide were dissolved in 100 g of the diglycidyl ether of diphenylolpropane (epoxy equivalent weight 190) at 50.degree. After cooling to room temperature, 0.1 g of benzyldimethylamine was stirred in and the liquid mixture was stored in flat dishes in a layer thickness of about 1 cm for 2 days at room temperature. The batch was then solidified to a hard, brittle, clear mass (B-state). This was broken and ground. Using this B-stage powder, overlapped steel bonds were produced which, after curing for 30 minutes at 125 ° C., had a tensile shear strength of 2.5 kp / mm 2 .

Man kann den B-Zustand bei der gleichen Rezeptur auch herstellen, indem man das flüssige Gemisch in einer Schichtdicke bis zu etwa 1 mm etwa 4 min auf 120° C erhitzt und anschließend abkühlt. So kann auch eine feste Klebstoffschicht im B-Zustand auf der Klebfläche erzeugt und die Verklebung nach längerer Zwischenlagerung durchgeführt werden.You can also create the B-stage with the same recipe by mixing the liquid mixture Heated for about 4 minutes to 120 ° C in a layer thickness of up to about 1 mm and then cooled. So can also creates a solid adhesive layer in the B-stage on the adhesive surface and the bond after a longer period of time Intermediate storage can be carried out.

Beispiel 2Example 2

1000 g des Epoxidharzes wie in Beispiel 1 wurden auf etwa 50° C erwärmt, worauf 114 g wasserfreies, monomeres Cyanamid eingerührt und gelöst wurden. Nach dem Abkühlen auf fast Raumtemperatur wurden 1 g Benzyldimethylamin und anschließend 2228 g feinteilige Kreide zugefügt. Die Mischung wurde auf einem 3-Walzenstuhl homogenisiert und eine Schichtdicke von etwa 5 bis 6 cm 2 Tage bei Raumtemperatur beiseite gestellt. Die Masse war danach spröde-hart und konnte leicht gebrochen werden. Aus der harten Masse wurden in 5 min bei 170° C 4 mm dicke Platten gepreßt, die einen Martenswert von 108 C und eine Biegefestigkeit von 998 kp/cm2 aufwiesen.1000 g of the epoxy resin as in Example 1 were heated to about 50 ° C., whereupon 114 g of anhydrous, monomeric cyanamide were stirred in and dissolved. After cooling to almost room temperature, 1 g of benzyldimethylamine and then 2228 g of finely divided chalk were added. The mixture was homogenized on a 3-roll mill and a layer thickness of about 5 to 6 cm was set aside for 2 days at room temperature. The mass was then brittle and hard and could be broken easily. From the hard mass, 4 mm thick plates were pressed in 5 minutes at 170 ° C., which had a value of 108 ° C. and a flexural strength of 998 kg / cm 2 .

Nach 100 h bei 140° C (Wärmealterung) betrug der Martenswert 130"' C und die Biegefestigkeit 882 kp'cm2. Das praktisch gleiche Ergebnis wird erhalten, wenn die Preßtemperatur 120? C und die Preßzeit 60 min beträgt.After 100 h at 140 ° C (heat aging) was the Martens value 130 "'C and the flexural strength 882 kp'cm second virtually The same result is obtained when the pressing temperature? C and the pressing time is 60 120 min.

Beispiel 3Example 3

400 g eines Diglycidyläthers auf Basis Diphenylolpropan vom Epoxidäquivalentgewicht 260 wurden auf etwa 50° C erwärmt, worauf 32 g wasserfreies, monomeres Cyanamid eingerührt wurden. Der sich abkühlenden klaren Mischung wurden 0,8 g Benzyldimetbylamin und 4 g eines Verlaufsmittels auf Basis Acrylharz sowie 185 g Titandioxid-Pigment zugesetzt und das Ganze auf einem Walzenstuhl homogenisiert. Die flüssige Masse wurde in einer Schichtdicke von 2 bis 3 cm in flachen Schalen 2 Tage beiseite gestellt. Se war danach zum hart-spröden B-Zustand erstarrt.400 g of a diglycidyl ether based on diphenylolpropane with an epoxy equivalent weight of 260 were heated to about 50 ° C., whereupon 32 g of anhydrous, monomeric cyanamide were stirred in. Which cooling clear mixture was 0.8 g of benzyldimetbylamine and 4 g of a leveling agent based on acrylic resin and 185 g of titanium dioxide pigment were added and the whole thing is homogenized on a roller mill. The liquid mass was in a layer thickness Set aside from 2 to 3 cm in shallow dishes for 2 days. After that, it went to the hard-brittle B-state stiffens.

Die harte Masse wurde gemahlen und durch ein Sieb der Maschenweite 90 μ gegeben. Das erhaltene Pulver wurde elektrostatisch auf Bleche gespritzt und die Pulverbeschichtung 7 min bei 180° C gehärtet. Es wurde ein gut verlaufener, glänzender, weißer Überzug erhalten, der eine Erichsen-Tiefung von 6 aufwies.The hard mass was ground and passed through a sieve with a mesh size of 90 μ . The powder obtained was electrostatically sprayed onto metal sheets and the powder coating was cured at 180 ° C. for 7 minutes. A glossy, white coating that ran well and had an Erichsen cupping of 6 was obtained.

Die Pulverbeschichtung kann alternativ auch z. B. 25 min bei 150° C gehärtet werden.The powder coating can alternatively also z. B. cured at 150 ° C for 25 min.

Um einen noch flexibleren Überzug zu erhalten, kann man einen Teil, z. B. 10 bis 20°/o des oben verwendeten Diglycidyläthers, durch den in Beispiel 4 mitverwendeten Diglycidyläther von Polypropylenglykol ersetzen.In order to obtain an even more flexible coating, one can use a part, e.g. B. 10 to 20% of the above diglycidyl ether used, by the diglycidyl ether of polypropylene glycol used in Example 4 substitute.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Heißhärtbare, feste Epoxidharzmassen, hergestellt ausHeat-curable, solid epoxy resin compounds made from a) flüssigen Di- und/oder Polyglycidyläthern von Di- und/oder Polyphenolen oder aus flüssigen Mischungen dieser Glycidyläther mit bis zu 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Epoxidharzkomponente, an Mono- oder Diglycidylverbindungen, nämlich Glycidyläthem von ein- oder mehrwertigen Phenolen oder Alkoholen oder Glycidylestern von ein- oder mehrwertigen Carbonsäuren und ausa) liquid di- and / or polyglycidyl ethers of di- and / or polyphenols or from liquid mixtures of these glycidyl ethers with up to 20 percent by weight, based on the entire epoxy resin component, of mono- or diglycidyl compounds, namely glycidyl ethers of mono- or polyhydric phenols or alcohols or glycidyl esters of mono- or polybasic carboxylic acids and from b) wasserfreiem monomeren Cyanamid in Mengen von 0,3 bis 0,6 Mol je Epoxidäquivalent und gegebenenfalls ausb) anhydrous monomeric cyanamide in amounts of 0.3 to 0.6 mol per epoxide equivalent and, if necessary, off c) Beschleunigern und/oderc) accelerators and / or d) Füllstoffen und/oder Verstärkungsmitteln mit Pigmenten und Hilfsstoffen a°d) fillers and / or reinforcing agents with pigments and auxiliaries a ° durch Überführen in den B-Zustand im Temperaturbereich von etwa 20 bis etwa 130° C unter anschließendem Abkühlen.by converting to the B stage in the temperature range from about 20 to about 130 ° C below subsequent cooling.
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