DE2425672C2 - Feste Epoxyharze aus hydrierten Bisphenolen und aromatischen Dicarbonsäuren - Google Patents

Feste Epoxyharze aus hydrierten Bisphenolen und aromatischen Dicarbonsäuren

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DE2425672C2 DE2425672A DE2425672A DE2425672C2 DE 2425672 C2 DE2425672 C2 DE 2425672C2 DE 2425672 A DE2425672 A DE 2425672A DE 2425672 A DE2425672 A DE 2425672A DE 2425672 C2 DE2425672 C2 DE 2425672C2
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Description

HO
und
25
HO-iCH^OH
in denen jedes R unabhängig Wasserstoff, Methyl, Äihyl. Chlormethyl. Brommethyl oder lodmethyl ist, χ einen Wert von 1 bis 3 hat und y einen Wert von 3 bis 10 hat, oder (c) einer Mischung davon, wobei die Mengen von (A) und (B) derartig sind, daß das erhaltene feste Epoxyharz einen Epoxidgehalt von 2 bis 6% und einen Erweichungspunkt von mindestens 80° C aufweist.
2. Epoxyharz nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A der Glycidyläther von hydriertem Bisphenol A ist.
3. Epoxyharz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daßdieKomponente(Bl) Isophthalsäure und die Komponente (B2) Adipinsäure. Bernsteinsäure. Korksäure oder Sebacinsäure ist.
4. Epoxyharz nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daßdie Komponente(Bl) Isophthalsäure und die Komponente (B2) ein Anlagerungsprodukt mit endständiger Säuregruppe aus Tetrahydrophthalsäureanhydrid und Äthylenglycol. Diäthylenglycol oder 1,4- Butandiol ist. so
5. Wärmchärtbare Zusammensetzung eines Epoxyharzes. dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Epoxyharz nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem üblichen Härtungsmittel besteht.
55
Die bekannten hochmolekularen Epoxyharze, die als pulverförmige Überzugsmassen verwendet werden, eo haben einen Erweichungspunkt nach Durran von 80 bis 1200C und werden in der Regel aus Glycidylälhern von Bisphenolen und Bisphenolen hergestellt. Diese Harze besitzen aber eine schlechte Wetterbeständigkeit.
Gegenstand der Erfindung ist ein festes Epoxyharz mit einer ausgezeichneten Wetterbeständigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist. daß es hergestellt worden ist durch die Umsetzung von (Λ) einem Diglycidyläther eines hydrierten Bisphenols oder einem Polyglycidylether eines hydrierten Novolakes mit einer mittleren Funktionalität von 2,01 bis 2,6, bevorzugt 2,01 bis 23 oder einer Mischung davon mit (B) einer Mischung von (1) 10 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 18 bis 22 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (A) und (B), eifter aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure und (2) 1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (A) und (B), von (a) einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen oder (b) einem Additionsprodukt mit einer endständigen sauren Gruppe aus einer aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure oder ihrem Anhydrid mit einer aliphatischen Dihydroxylverbindung der allgemeinen Formeln
HO—f CH2-CH-CA—H
T 1 Γ
HO-(CH^-OH
in denen jedes R unabhängig Wasserstoff. Methyl. Äthyl. Chlormethyl, Brommethyl oder lodmethyl ist. * einen Wert von 1 bis 3. bevorzugt 1 bis 2 und y einen Wert von 3 bis 10, bevorzugt 3 bis 4 hat oder (c) einer Mischung davon, wobei die Mengen von A und B derartig sind, daß das erhaltene feste Epoxyharz einen Epoxidgehalt von 2 bis 6% und einen Erweichungspunkt von mindestens 80°C hat Fernerhin sind die Mengen der Glycidyläther und der zweibasischen Säuren des genannten Additionsproduktes in der Regel derartig, daß das Epoxy-COOH-Verhältnis im Bereich von 1,1 :1 bis 2,0:1. bevorzugt 1,1 :1 bis 1.8 :1 und besonders bevorzugt 13 :1 bis 1,5 :1 liegt Der Erweichungspunkt der erfindungsgemäßen Epoxyharze liegt bevorzugt bei 90 bis 120° C.
Die Epoxyharze nach der Erfindung besitzen eine ausgezeichnete Wetterbeständigkeit und auch andere verbesserte physikalische Eigenschaften. Sie eignen sich in Verbindung mit einem Härtungsmittel oder einem Härtungskatalysator als wärmehärtbare Massen, insbesondere als wärmehärtbare pulverförmige Überzugsmassen.
Unter »freifließendes beständiges Pulver« wird hier verstanden, daß das Epoxyharz, wenn es gemahlen oder in anderer Weise zu einem freifließenden Pulver zerkleinert worden ist. freifließend für mindestens 48 Stunden bleibt.
Man erhält die Epoxyharze nach der Erfindung in einfacher Weise durch Umsetzung eines Diglycidylätiiers. eines hydrierten Bisphenols oder hydrierten Novolakes aiii einer aromatischen oder cycloaliphatischen /weibasischen Säure bei einer Temperatur von 80 bis 210 C in Gegenwart eines geeigneten Katalysators, wie eines tertiären Amins, einer quaternären Ammoni umverbindung otter einer quaternären Phosphoniumverbindung Die Umsetzung wird so lange fortgesetzt, bis das gewünschte Produkt entstanden ist. In der Regel liegt die Reaktionszeit hei etwa 0.5 bis etwa 30 Stunden. Wenn die Umsetzung im Labofätöriiimsmaßstab durchgeführt wird, ist es in der Regel vorteilhaft, eine Vormischung der Ausgangsstoffe herzustellen und dem Katalysator nachher zuzugeben.
Geeignete Katalysatoren sind ?.. B. quaternärc Ammoniumverbindungen, wie Benzyltrimethylammoniumchlorid, Amine, wie N-Methylmorpholin und Pho.;-
phoniumverbindungen, wie sie ζ. B. in der US-PS 77 990 und CA-PS 8 93 !91 genannt sind.
Geeignete Glycidyläther von hydrierten Bisphenole?! schließen Glycidyläther von solchen hydrierten Bisphenolen ein, wie z. B. hydriertes p.p'-Isopropylidendiphenol, hydriertes ρ,ρ'-Methylendiphenol, hydriertes Dihydroxydiphenylsulfon, hydriertes 4,4'-Dihydroxybiphenyl, hydriertes 4,4'-Dihydroxydiphenyloxid und Mischungen davon.
Geeignete hydrierte Polyglycidyläther von Novolakharzen entsprechen z. B. der Formel .
CH2-CH CH2 CH2-CH CH2
1 (r
-C-
15
20
in der R unabhängig Wasserstoff oder ein Alkylrest mit bis 4 Kohlenstoffatomen ist, jedes X unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist und η einen Mittelwert von 1,01 bis 1,6, bevorzugt 1,01 bis 1,3 bat
Geeignete aromatische Dicarbonsäuren sind z.B. Phthalsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure und Säuren der Formel
HOOC
-COOH
35
in der Z ein zweiwertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen,
—S-
Il M
—s—s— —s— —s —
40 Adipinsäure, Bernsteinsäure, Korksäure, Sebacinsäure und Mischungen davon.
Geeignete Additionsprodukte mit einer endständigen sauren Gruppe, von aliphatischen Dihydroxylverbindungen mit aromatischen oder cycjoaliphatischen Dicarbonsäuren oder ihren Anhydriden sind beispielsweise Additionsprodukte von Tetrahyd/ophthalsäureanhydrid mit Äthylenglycol, Tetrahydrophthalsäureanhydrid mit Diäthylenglycol, TetrahydrophthaJsäureanhydrid mit 1,4-Butandiol, Phthalsäureanhydrid mt Propylenglycol, ^phthalsäureanhydrid mit Dipropylenglycol und Mischungen davon.
Bei der Herstellung der festen Epoxyharze nach der Erfindung sind die Mengen des hydrierten Diglycidyläthers eines Bisphenols oder eines Novolakes und einer Mischung einer aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure und der aliphatischen Dicarbonsäure oder des Additionsproduktes einer aromatischen oder cydoaliphatischen Dicarbonsäure mit einer aliphatischen Diolverbindung derartig, daß das erhaltene feste Epoxyharz 2 bis 6, bevorzugt 3 bis 4% Epoxid enthält und einen Erweichungspunkt nach Durran von mindestens 80° C hat
Die Epoxyharze nach der Erfindung lassen sich durch beliebige bekannte Härtungsmittel für Epoxyverbindungen aushärten, wie z. B. primäre, sekundäre und tertiäre Amine, Amide oder Säureanhydride.
Die Menge des Häriungsmittels hängt von dem speziell verwendeten Härtungskatalysator ab und richtet sich auch nach dem gewünschten Härtungsverhalten und den gewünschten Eigenschaften der ausgehärteten Masse. Üen Fachleuten auf dem Gebiet der Epoxyharze sind diese Zusammenhänge gut bekannt
Die erfindungsgemäßen Epoxyharze sind in erster Linie für pulverförmige Überzugsmassen geeignet, doch lassen sie sich auch auf anderen Anwendungsgebieten benutzen, z. B. als Formmassen, für Anstriche in gelöstem Zustand, ferner als Gießharze. Einbettmassen und Klebstoffe.
In den folgenden Beispielen wird die Erfindung noch näher erläutert.
45
C— oder —O —
ist. wie z. B.
4,4-Diphenylsulfiddicarbonsäure, 4.4'Diphenyldisulfiddicarbonsäure, 2,5-Furandicarbonsäure,
4,4'-Diphenyloxiddiearbonsäureund Mischungen davon.
Geeignete zweibasische cycloaliphatische Säuren schließen z. B. folgende Säuren ein:
Tet:ahydrophthalsäure.
Methyltetrahydrophthalsäure.
Hexyltetrahydrophthalsäure.
Dimethylhexahydrophthalsäure. Methylhexahyd isophthalsäure.
Hexylhexähydröphthälsäure,
Brom let rahydroplithalsäure,
Chlortetrahydroisophthalsäure, Hexachlor-S-hepten-Z^-dicarbonsäure.
Methyltetrahydroterephthalsäure und
Mischungen solcher Säuren.
Geeignete aliphatische Dicarbonsäuren sind 7.. B.
Beispiele 1-12
In einer Serie von Versuchen wurden Epoxyharze hergestellt, indem in ein Reaktionsgefäß, das mit Mitteln zum Rühren, zur Temperaturkontrolle und zum Spülen mit Stickstoff ausgerüstet war. vorverschnittene Mischungen des Diglycidyläthers von hydriertem Bisphenol A (DGÄHBA) mit einem mittleren Epoxidäquivalenzgewicht von etwa 210. einer aromatischen Dicarbonsäure oder einer Mischung einer aromatischen Dicarbonsäure und einer aliphatischen Dicarbonsäure oder eines Additionsproduktes eines cycloaliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäureanhydrids mit einer aliphatischen hydroxylhaltigen Verbindung eingebracht wurden. Die Temperatur wurde auf 100°C erhöht und es wurde N-Methylmorpholin (NMM) als Katalysator zugegeben. Das Erwärmen wurde dann fortgesetzt, bs die Temperatur auf etwa 140 bis I5O"C gestiegen war. Dann erhöhte sich die Temperatur durch die exotherme Reaktion auf etwa I7OCC. Die Reaktionsmischung wurde dann etwa I bis 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa 150"C digeriert. In der folgenden Tabelle I sind die Ausgangsstoffe und die Versuchsergebnisse angegeben.
I 5 2 24 3 25 672 5 6 6 8 9
I Vergleich
3 Tabelle I Beispiele 193,3 332 211 190 312 312
3 Komponenten 1 A/53,9 A/87,7 A/29,3 A/53,9 7 A/79 A/79
Vergleich 21,56 20,42 4 10,87 21,57 19,75 19,74
231,6 B2)/2,8 B/9,8 B/29,3 B/6 312 D4)/9 E/9,2
DGÄHBA, g A')/68,4 1,12 2,28 210 10,87 2,4 A/77 2,25 2,3
Säuretyp/g 22,8 0,2 0,33 A/45,1 0,2 0,2 19,37 0,3 0,3
I % Säure9) 0 4,94 10,05 16,7 50 10,02 C3)/8,5 10,23 10,43
Al. Säuretyp, g 0 B/15 2,14
% Al. Säure9) 0,23 5,55 0,3
NMM, g 0 83 87 0,2 geliert in 102 9,94 80 84
% AL Säure auf 24,96 Reaktions
Gesamtgewicht gefäß
Säure 84 87
Erweichungspunkt 87
nach Durran in 0C
EpoJcid
3,8
3.7
3,6
N. B.s)
3.5
3,8
3,8
Tabelle I (Fortsetzung)
Komponente Beispiel 11 12
10 304 304,2
DGÄHBA, g 305 A/76,6 A/76,6
Ar. Säuretyp/g A/76 G7)/19,2 H8)/19,2
Addukt, Typ/g F*)/19,l 0,3 0,3
NMM, g O^ 20,04 20,04
% Addukt bezogen 20,08
auf Gesamtgewicht
Säure + Addukt 85 83
Erweichungspunkt 83
nach Durran, "C 3,2 3,4
% Epoxid 3,3
') Aromatische Säure A war Isophthalsäure.
2) Aliphatische Säure B war Adipinsäure.
3) Aliphatische Säure C war Bernsteinsäure.
4) Aliphatische Säure L> war Korksäure.
5) N. B. = nicht bestimmt
6) Addukt F war hergestellt aus Tetrahydrophthalsäureanhydnd und Äthyisnglyccl im Molverhältnis 2 : 1.
7) Addukt O war hergestellt aus Tetrahydrophthalsäureanhydnd und Diäthylenglycol im Molverhältnis 2:1.
8) Addukt H war hergestellt aus Tetrahydrophthalsäureanhydnd und 1,4-ButanJiol im Molverhältnis 2:1.
9) Bezogen auf das Gewicht aller Ausgangsstoffe.
Anwendungsbeispiele I - 11
Alle die Produkte der Beispiele 1-4 und 6—12 wurden auf einer Walzenmühle zu einer pulverförmigen Überzugsmasse formuliert und elektrostatisch auf kaltgewalzte Stahlbleche (Q panels) aufgesprüht. Die überzogenen Bleche wurden dann in einem Ofen bei 175°C 30 Mirluien eingebrannt. Die Zusammensetzung ' - Überzugsformulierungen und die Ergebnisse sind in -nden Tabelle Il angegeben. In vielen Fällen
wurden 2 Versuche durchgeführt. Von besonderem Interesse sind d'j besseren Ergebnisse hinsichtlich der Umkehrsohlagfestigkeit nach Gardner gemäß Beispiel 13 gegenüber den Beispielen 14—16 und 18 — 20, da es sich hierbei um direkt vergleichbare Harze handelt. Obwohl das Verhältnis der Menge des Härtungsmittels zur Menge des Epoxyharzes unterschiedlich ist. wird in allen lallen 70 Ά der stöchioinetrischen Menge Trimellitsäureanhydrid (TMA) als llärtungsmittel verwendet.
Tabelle II Komponenten
Anwendungsbeispiele
1 2 3
Vergleich
Harz von Beispiel 1/200 2/200 3/250 4/200 6/200 7/200 8/200 9/200
Nr./g
TMA, g 23 23 28,1 20 14 22 24 24
TiO2 146 149 186 146 145 148 148 148
Fließmittel*) 1,8 1,8 2 1,8 1,8 1,9 1,9 1,9
Umkehrschlag 0,12- 0,35- 0,92- 1,15- 0,12- 0,35- 0,69- 0,69 -
festigkeit (m-kg) 0,12 0,35 1,15 1,38 0,23 0,46 0,92 0,92
Schichtdicke 28-43 33-38 38 41 43-38 33-38 33-38 33-38
Mikrometer
Tabelle II (Furtsetzung)
Komponenten
Anwendungsbeispiele 9
Il
Harz von Beisp. Nr./g 10/262
TMA, g 27
TiO2 192
Fließmittel*) 1,3 Gardner-Umkehrschlagfestigk. 60 in/lbs.
Schichtdicke 38 Mikron
11/262
27
192
1,3
50-60
38
12/262
27
192
1,3
60-80
38
*) Mod-a-flow = ein Fließkontrollmittel von Monsanto Co.
Anwendungsbeispiel
Es wurden Bleche mit den Überzugsmassen von Beispiel 15 beschichtet und bei 175"C 30 Minuten eingebrannt. Diese Bleche wurden dann der freien Atmosphäre in Freeport. Texas, USA. ausgesetzt und es wurden periodisch Reflexionsmessungen in einem
Tabelle III
Gardner-Glossometer bei einem Winke! von 60" durchgefühlt. In Tabelle III sind die Meßwerte in Abhängigkeit von der Einwirkungszeit der Atmosphäre angegeben.
Einwirkungszeit in Tagen
0 (Anfang) 16
34
56
84
% Reflexion
78 82 87 87 88
Aus diesen Ergebnissen geht klar hervor, trächtigl.
daß die Atmosphäre den Glanz des Überzugs nicht beein-

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Festes Epoxyharz, dadurch gekennzeichnet, daß es hergestellt worden ist durch Umsetzung von (A) einem Diglycidyläther eines hydrierten Bisphenols oder einem Polyglycidyläther eines hydrierten Novolaks mit einer mittleren Funktionalität von 2,01 bis 2,6 oder einer Mischung davon mit (B) einer Mischung von (1) 10 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (A) und (B), einer aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure und (2) 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (A) und (B), von (a) einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 4 bis 10 Kohlenstoffato- is men, (b) einem Additionsprodukt mit einer endständigen sauren Gruppe aus einer aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure oder ihrem Anhydrid mit einer aliphatischen Dihydroxylverbindung der allgemeinen Formeln
DE2425672A 1973-06-04 1974-05-28 Feste Epoxyharze aus hydrierten Bisphenolen und aromatischen Dicarbonsäuren Expired DE2425672C2 (de)

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