DE2166606C3 - Heat-curable, solid epoxy resin compounds - Google Patents
Heat-curable, solid epoxy resin compoundsInfo
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Description
Monomeies Cyanamid in Form wäßriger Lösungen und Derivate des Cyanamids werden seit geraumer Zeit in verschiedenen Bereichen der Chemie eingesetzt. Die dimere Form des Cyanamids, das Dicyandiamid, wird auch zur Härtung von Epoxidharzen, insbesondere bei der Verarbeitung von Prepregs, Preßmassen und Pulverlacken verwendet. Zur Aushärtung sind jedoch im Falle des Dicyandiamide selbst bei Mitverwendung von Beschleunigern verhältnismäßig hohe Temperaturen erforderlich, und es ist immer wieder mit nur geringem Erfolg versucht worden, die Aushärtungstemperatur z-u senken.Monomeies cyanamide in the form of aqueous solutions and derivatives of cyanamide have been around for some time Time spent in various areas of chemistry. The dimeric form of cyanamide, the dicyandiamide, is also used to harden epoxy resins, especially when processing prepregs, Molding compounds and powder coatings are used. In the case of dicyandiamide, however, it is necessary to harden it relatively high temperatures are required even when accelerators are also used, and Attempts have been made again and again with little success to lower the curing temperature z-u.
Unter Verwendung von festem Dicyandiamid ist es außerdem nicht möglich, bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen flüssige Epoxidharze lösungsmittelfrei in ein festes, noch schmelzbares B-Stadium zu überführen.With the use of solid dicyandiamide it is also not possible at room temperature or elevated temperatures liquid epoxy resins are solvent-free into a solid, still fusible one B-stage to transfer.
Unter Verwendung von aromatischen Aminen als Härtungsmittel in Verbindung mit flüssigen Epoxidharzen läßt sich zwar ein B-Stadium glatt erzielen, jedoch zeigen amingehärtete Epoxidharze im ausgehärteten Zustand ein sehr schlechtes Verhalten bei Wärmealterung, d. h. eine starke Versprödung.Using aromatic amines as hardeners in conjunction with liquid epoxy resins Although a B-stage can be achieved smoothly, amine-cured epoxy resins show in the cured one 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 Rauntemperatur flüssige Di- und Polyglycidylether, die sich einerseits von mehrwertigen Phenolen, insbesondere Bisphenolen, sowie Novolaken und mehrwertigen Alkoholen, insbesondere Dialkoholen, z. B. Polypropylenglykol. und andererseits von Epichlorhydrin und gegebenenfalls Methylepichlorhydrin, 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, werden aber nicht bevorzugt. Es können auch Mischungen der angeführten Epoxidharze untereinander bzw. mit sogenannten reaktiven Verdünnern, d. h.Epoxy resins include those with more than one To understand epoxy group per molecule, especially di- and polyglycidyl ethers that are liquid at room temperature, which differ on the one hand from polyhydric phenols, in particular bisphenols, and novolaks and polyhydric alcohols, especially dialcohols, e.g. B. Polypropylene Glycol. and on the other hand from Epichlorohydrin and, if appropriate, methylepichlorohydrin, derive. There are also glycidyl esters of di- and polycarboxylic acids, especially the aromatic series, e.g. B. phthalic acid, and the aliphatic Row suitable. The epoxy resins obtained by the epoxidation of olefinic compounds can also be used but are not preferred. Mixtures can also be used the listed epoxy resins with one another or with so-called reactive thinners, d. H.
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 Mo! je Äquivalent Epoxid werden gute Ergebnisse erzielt, mit größeren Mengen (0,6 Mol)The amount of cyanamide to be used can be varied considerably without affecting the properties be changed significantly. With ratios of 0.5 Mo! per equivalent of epoxy will give good results achieved, with larger amounts (0.6 mol)
ίο nimmt die Reaktivität zu.ίο the reactivity increases.
Gemäß der einfachsten Ausführungsform der Erfindung wird wasserfreies, monomeres Cvanamid 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 cvanamid 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 system according to the invention can be used in practice to z. B. glass fiber reinforced plastics, e.g. B. Moldings, plates, pipes, bonds or coatings, directly from the liquid phase by heating to temperatures above about 100 to about 200 ° C to create. This system is also suitable for cast resin purposes, provided that none Excessively high heat build-up leads to cracks or even charring. This is usually the easiest to do by adding fillers and heat dissipation.
Es wurde ferner gefunden, daß man die Reaktion zwischen Epoxidharzen und wasserfreiem monomeren Cyanamid durch Zusatz geringer Mengen beschleunigender Substanzen, so steuern kann, daß für die genannten Zwecke die Aushärlungstemperaturen bzw. -zeiten unter Verkürzung der Topfzeit erheblichIt 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, the curing temperatures or times while shortening the pot life considerably
gesenkt werden. Als Beschleuniger sind Amine, wie sie auf dem Epoxidharzsektor in Verbindung mit anderen Härtungsmilleln üblich sind, insbesondere tertiäre Amine, geeignet.be lowered. Amines are used as accelerators, such as those used in conjunction with others in the epoxy resin sector Hardening mills 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, Ν,Ν'-Tetramethyläthy-Iendiamin, Dimethyl- und Diäthyläthanolamin, Benzyldimethylamin, (Dimethylaminomethyl) - phenol,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, Ν, Ν'-tetramethylethylenediamine, Dimethyl- and diethylethanolamine, benzyldimethylamine, (dimethylaminomethyl) 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.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, festeThe invention relates to thermosetting, solid ones
Epoxidharzmassen, hergestellt ausEpoxy resin compounds made from
a) flüssigen Di- und/oder Polyglycidyläthern von Di- und/oder Polyphenolen oder aus flüssigen Mischungen dieser Glycidyläther mita) liquid di- and / or polyglycidyl ethers of di- and / or polyphenols or from liquid mixtures of these glycidyl ethers with
bis zu 20 Gewichtsprozent, bezogen auf dieup to 20 percent by weight, based on the
gesamte Epoxidharzkomponente, an Mcno- oder Diglycidylverbindungen, nämlich Glycidyläthern von ein- oder mehrwertigen Phenolen oder Alkoholen oder Glycidylestern vonentire epoxy resin component, on Mcno- or diglycidyl compounds, namely glycidyl ethers of mono- or polyhydric phenols or alcohols or glycidyl esters of
6S ein- oder mehrwertigen Carbonsäuren und aus 6 S 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 Vsrstärkungsmitteln mit Pigmenten und Hilfsstoffend) fillers and / or strengthening 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-Äquivalentgewichten 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 bereit* 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 Herstellung 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.The B-stage can inter alia at room temperature within z. B. 24 hours, provided that the formation of ready * crosslinked products is avoided by excessive heat build-up. With a higher content of z. As fillers, glass fibers od. The like., As given in the formulation of molding compositions or prepreg to be sufficiently intercepted the inorganic material in general, the reaction heat du r ch. In the case of non-filled or weakly filled formulations, e.g. B. in the production of powder coatings, an unacceptably high build-up of heat is avoided most simply by leaving the formulation in shallow dishes to harden or solidify, ie the hardening takes place in a layer that is not too thick.
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, z. B. 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 fabrics, z. B. Glass fiber mats or fabrics, soaks and this then at room temperature or elevated temperature to the B-stage leads.
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, klären Masse (B-Zustand) erstarrt. Diese wurde gebrochen und gemahlen. Unter Verwendung dieses B-Stage-Pulvers wurden überlappte Stahlverklebungen 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 approach 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 -ängerer Zwischenlagerung durchgeführt werden.You can also create the B stage with the same recipe by using 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 a solid adhesive layer in the B-state is also produced on the adhesive surface and the bond continues for a longer period of time Intermediate storage can be carried out.
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-WaIzenstuhl 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 chair 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 kp / 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), the value was 130 ° C. and the flexural strength was 882 kg / cm 2 . Practically the same result is obtained when the pressing temperature is 120 ° C. and the pressing time is 60 minutes.
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 Benzyldimethylamin 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. Sie war dunach zum hart-spröden B-Zustand erstarrt.400 g of a diglycidyl ether based on diphenylolpropane of epoxy equivalent weight 260 were heated to about 50 ° C, whereupon 32 g of anhydrous, monomeric cyanamide were stirred in. The cooling clear mixture was added 0.8 g of benzyldimethylamine 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. It was down 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 1800C 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 sprayed electrostatically 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% 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.
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DE19712166606 DE2166606C3 (en) | 1971-05-10 | 1971-05-10 | Heat-curable, solid epoxy resin compounds |
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