DE2602412A1 - Lagerstabile, haertbare einkomponentenharze aus epoxidharzen und haertern - Google Patents

Lagerstabile, haertbare einkomponentenharze aus epoxidharzen und haertern

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DE2602412A1
DE2602412A1 DE19762602412 DE2602412A DE2602412A1 DE 2602412 A1 DE2602412 A1 DE 2602412A1 DE 19762602412 DE19762602412 DE 19762602412 DE 2602412 A DE2602412 A DE 2602412A DE 2602412 A1 DE2602412 A1 DE 2602412A1
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polyamine
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Hans-Uwe Lanzke
Lothar Dr Preis
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/50Amines
    • C08G59/56Amines together with other curing agents
    • C08G59/58Amines together with other curing agents with polycarboxylic acids or with anhydrides, halides, or low-molecular-weight esters thereof

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Description

  • Lagerstabile, härtbare Einkomponentenharze aus
  • Epoxidharzen und Härtern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von lagerstabilen, heißhärtbaren Einkomponentenharzen aus Polyepoxidverbindungen mit mehr als einer 1,2-Epoxidgruppe pro Molekül und einem Härtersystem, das aus einem Di- oder Polycarbonsäureanhydrid und einem polyfunktionellen Amin besteht, sowie die nach diesem Verfahren erhaltenen lagerstabilen, härtbaren Formmassen.
  • Polyepoxide gewinnen aufgrund ihrer besonderen mechanischen und elektrischen Eigenschaften ständig steigende technische und wirtschaftliche Bedeutung, z.B. als Konstruktionswerkstoff, insbesondere in Verbindung mit faserförmigen Verstärkungsmaterialien, als Isoliermaterial oder als Klebmittel.
  • Gewöhnlich werden Polyepoxide mit Reaktionsmitteln über Additionsreaktionen in den vernetzten, unlöslichen und unschmelzbaren Zustand übergeführt. Eine besondere Rolle als Härter spielen dabei aliphatische und aromatische Polyamine.
  • Während aliphatische Amine wegen ihrer hohen Reaktivität im allgemeinen bereits bei Umgebungstemperatur mit den Polyepoxiden reagieren und daher als Kalthärter verwendet werden können, ist es mit zahlreichen aromatischen Aminen möglich, auch nicht vollständig vernetzte Zwischenstufen der Härtung darzustellen. Diese sogenannten B-Zustände erlauben es, fertige Reaktionsharzmassen, z.B. in Form von Pressmassen oder Prepregs zu erhalten, die eine mehr oder weniger ausgeprägte Lagerfähigkeit besitzen und unter Einwirkung von höheren Temperaturen vollständig ausgehärtet werden können (vergl. DT-AS 1 061 067).
  • Vernetzbare Zwischenstufen aus Polyepoxiden und Anhydriden zweibasischer Carbonsäuren wie Phthalsäureanhydrid herzustellen, ist aus der Sz-PS 211 116 bekannt.
  • Es ist auch schon vorgeschlagen worden (vergl. US-PS 3 369 657), Aminogruppen enthaltende Reaktionsprodukte, die aus äquimolekularen Mengen eines Anhydrids einer Polycarbonsäure und eines aliphatischen Polyamins bei Temperaturen von 50 bis 1600C unter Abspaltung von Wasser erhalten wurden, mit Polyepoxiden bei Raumtemperatur zu mischen, wobei bei Raumtemperatur lagerstabile Epoxidharz-Härter Mischungen resultieren, die bei 100 bis 1500C in 5 bis 10 Minuten ausgehärtet werden können.
  • Schließlich ist es aus der US-PS 2 637 716 bekannt, Polyepoxidverbindungen, beispielsweise auf Basis von Bisphenol-A, in geeigneten Lösungsmitteln mit 1/8 bis 5/6 Äquivalenten eines Anhydrids einer zweibasischen Carbonsäure und 0,03 bis 0,3 Mol eines Polyamins mit mindestens zwei primären Aminogruppen bei erhöhten Temperaturen umzusetzen und die Umsetzungsprodukte nach Verdünnen mit Lösungsmitteln als Lacklösungen einzusetzen. Gemäß den Beispielen erfolgt zunächst die Umsetzung mit dem Anhydrid in Gegenwart eines Alkohols bei Temperaturen von 120 bis 1400C und anschliessend mit dem Polyamin bei 100 bis 140°C. Die spätere Aushärtung zu Uberzügen erfolgt durch längeres Erhitzen auf 1400C.
  • Den beiden erstgenannten Verfahren haftet u.a. der Mangel an, daß sie auf aromatische Amine bzw. Carbonsäureanhydride als Härter beschränkt sind. Gemäß der US-PS 3 369 657 können zwar mit Polycarbonsäureanhydrid modifizierte aliphatische Amine als Härter verwendet werden, jedoch können diese mit dem Epoxidharz nur bei Raumtemperatur ohne Homogenisierung vermischt werden. Darüber hinaus lassen die mechanischen Werte der ausgehärteten Mischungen noch manche Wünsche offen. Nach dem Verfahren der US-PS 2 637 716 lassen sich nur härtbare epoxidgruppenhaltige Umsetzungsprodukte aus Polyepoxiden, Carbonsäureanhydriden und aliphatischen Polyaminen herstellen, wenn wesentlich weniger als 1 Äquivalent an Härtern pro 1 Epoxidäquivalent eingesetzt werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, lagerstabile, aber hochreaktionsfähige Einkomponentenharze aus Polyepoxidverbindungen mit mehr als einer 1,2-Epoxidgruppe pro Molekül und einer Härterkombination aus Di- oder Polycarbonsäureanhydrid und einem polyfunktionellen aliphatischen, araliphatischen, cycloaliphatischen, heterocyclischen und/oder aromatischen Amin herzustellen, die zur Herstellung von Formkörpern, Überzügen, Imprägnieren geeignet sind und gute anwendungstechnische Eigenschaften besitzen.
  • Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß das Polyepoxid, ggf.
  • in einem Lösungsmittel gelöst, mit dem Carbonsäureanhydrid im wesentlichen ohne Reaktion bei einer Temperatur unter 600C homogen vermischt wird und das flüssige Polyamin oder das feste, in einem Lösungsmittel gelöste Polyamin kontinuierlich oder portionsweise zugegeben wird, wobei die Temperatur der Reaktionsmischung vorzugsweise nicht über 600C ansteigen sollte. Nachdem 40 bis 65 % der 1,2-Epoxidgruppen des Polyepoxids umgesetzt sind, wird ein bei Raumtemperatur (t = 250C) lagerstabiles Harz erhalten. Dabei muß es als besonders überraschend gewertet werden, daß lagerstabile vernetzbare Einkomponentenharze erhalten werden, wenn auf ein Epoxidäquivalent etwa 0.8 bis 1.3 Äquivalente des Härtersystems eingesetzt werden.
  • Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung lagerstabiler, vernetzbarer Einkomponentenharze aus Polyepoxidverbindungen mit mehr als einer 1,2-Epoxidgruppe pro Molekül und 0,8 bis 1,3 Äquivalenten, bezogen auf ein Epoxidäquivalent, eines Härtersystems aus mindestens einem Di- oder Polycarbonsäureanhydrid und mindestens einem aliphatischen, araliphatischen, cycloaliphatischen, heterocyclischen oder aromatischen Polyamin, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyepoxid oder das in organischen Lösung mitteln gelöste Polyepoxid mit dem Di- oder Polycarbonsäureanhydrid bei einer Temperatur unter 60 0C homogen vermischt und anschließend das flüssige Polyamin oder das in organischen Lösungsmitteln gelöste flüssige oder feste Polyamin bei 600C möglichst nicht überschreitenden Temperaturen kontinuierlich oder portionsweise eingefügt wird, wobei das Äquivalentverhältnis von Di- oder Polycarbonsäureanhydrid zu Polyamin 1 : 3 bis 1 : 6 beträgt, und die Reaktionsmischung nach Umsatz von 40 bis 65 % der Epoxidgruppen des Epoxidharzes, ggf. nach Abdestillieren vorhandener Lösungsmittel bei Temperaturen bis maximal 800C, auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
  • Für die erfindungsgemäß herzustellenden Einkomponentenharze eignen sich alle Epoxidverbindungen mit mehr als einer 1,2-Epoxidgruppe pro Molekül. In den nachfolgenden Aufzähllmgen schließt der Begriff pols" difunktionelle Verbindungen mit ein.
  • Solche 1,2-Epoxidverbindungen können Polyglycidyläther mehrwertiger Phenole sein, beispielsweise aus Brenzkatechin, Resorcin, Hydrochinon, aus 4,4 t -Dihydroxydiphenylmethan, aus 4,4'-Dihydroxy-3,3'-dimethyldiphenylmethan, aus 4,4' -Dihydroxydiphenyldimethylmethan, aus 4,4'-Dihydroxydiphenylmethylmethan, aus 4,4'-Dihydroxydiphenylcyclohexan, aus 4,4'-Dihydroxy-3,3'-dimethyldiphenylpropan, aus 4,4'-Dihydroxydiphenyl, aus 4,41-Dihydroxydiphenylsulfon, aus Tris-(4-hydroxyphenyl)-methan, aus den Chlerierungs- und Bromierungsprodukten der vorstehend genannten Diphenole, aus Novolaken (d.h. aus Umsetzungsprodukten von ein- oder mehrwertigen Phenolen mit Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, in Gegenwart saurer Katalysatoren), aus Diphenolen, die durch Veresterung von 2 Mol des Natriumsalzes einer aromatischen Oxycarbonsäure mit einem Mol eines Dihalogenalkans oder Dihalogendialkyläthers erhalten wurden (vergl. britische Patentschrift 1 017 612), aus Polyphenolen, die durch Kondensation von Phenolen und langkettigen, mindestens 2 Halogenatome enthaltenden Halogenparaffinen erhalten wurden, (vergl. britische Patentschrift 1 024 288).
  • Weiterhin seien genannt: Polyepoxidverbindungen auf der Basis von aromatischen Aminen und Epichlorhydrin, z.B.
  • N-Di-(2,3-epoxypropyl)-anilin, N,N'-Dimethyl-N,N'-diepoxypropyl-4,4'-diamino-diphenylmethan, N, N' -Tetraepoxypropyl-4,4'-diaminodiphenylmethan, N-Diepoxypropyl-4-amino-phenylglycidäther (vergl. die britischen Patentschriften 772 830 und 816 923).
  • Außerdem kommen in Frage: Glycidester mehrwertiger aromatischer, aliphatischer und cycloaliphatischer Carbonsäuren, beispielsweise Phthalsäurediglycidylester, Adipinsäurediglycidylester und Glycidylester von Umsetzungsprodukten aus 1 Mol eines aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäureanhydrids und 1/2 Mol eines Diols bzw. l/n Mol eines Polyols mit n-Hydroxylgruppen oder Hexahydrophthalsäurediglycidylester, die ggf. durch Methylgruppen substituiert sein können.
  • Polyglycidyläther mehrwertiger Alkohole, beispielsweise aus 1,4-Butandiol, 1,4-Butendiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit und Polyäthylenglykolen können ebenfalls verwendet werden. Von weiterem Interesse sind Triglycidylisocyanurat, N , N N,N'-Diepoxypropyloxamid, Polyglycidylthioäther aus mehrwertigen Thiolen, wie beispielsweise aus Bismercaptomethylbenzol, Diglycidyltrimethylentrisulfon.
  • Schließlich seien Epoxidierungsprodukte mit mehr als einer 1,2-Epoxidgruppe von mehrfach ungesättigten Verbindungen genannt, wie vegetablischen Ölen und deren Umwandlungsprodukten, Epoxidierungsprodukte von Di- und Polyolefinen, wie Butadien, Vinylcyclohexen, 1,5-Cyclooctadien, 1,5,9-Cyclododecatrien, Polymerisaten und Mischpolymerisaten, die noch epoxidierbare Doppelbindungen enthalten, z.B. auf -Basis von Polybutadien, Polyisopren, Butadien-Styrol-Mischpolymerisaten, Divinylbenzol, Dicyclopentadien, ungesättigten Polyestern, ferner Epoxidierungsprodukte aus Olefinen, welche durch Diels-Adler-Addition zugänglich sind und anschließend durch Epoxidierung mit Perverbindungen in Polyepoxide überführt werden. Außerdem seien Polymerisate von ungesättigten Monoepoxiden genannt, beispielsweise von Methacrylsäure-glycidylester oder Allylglycidyläther.
  • Vorzugsweise werden für das erfindungsgemäße Verfahren folgende Polyepoxidverbindungen mit mehr als einer l,2-Epoxidgruppe oder deren Mischungen verwendet: Polyglycidyläther mehrwertiger Phenole, insbesondere aus Bisphenol A; Polyepoxidverbindungen auf der Basis von aromatischen Aminen, insbesondere Bis-(N-2, 3-lepoxypropyl) -anilin, N,N'-Dimethyl-N,N'-di-2, 3-epoxypropyl-4, 4' -diamino-diphenylmethan und N-Di-2,3-epoxypropyl -4-aminophenylglycidyläther; Polyglycidylester aus aromatischen und cycloaliphatischen Dicarbonsäuren, insbesondere Phthalsäurediglycidylester, Hexahydrophthalsäurediglycidylester und das Polyepoxid aus dem Umsetzungsprodukt von 3 Mol Hexahydrophthalsäureanhydrid und einem Mol 1,1,1-Trimethylolpropan.
  • Die Härterkomponente der erfindungsgemäßen Reaktionsharzmassen besteht jeweils aus mindestens einem Di- oder Polycarbonsäureanhydrid und mindestens einem aliphatischen, araliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen und/oder heterocyclischen Polyamin mit mindestens 3 Aminwasserstoffatomen pro Molekül.
  • Als Di- oder Polycarbonsäureanhydride kommen sowohl aliphatische, cycloaliphatische als auch aromatische Anhydride infrage, beispielsweise Succinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid' Citraconsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid, Sebacinsäureanhydrid, Azelainsäureanhydrid, Polyazelainsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, 3- und/oder 4-Methylhexahydrophthalsäureanhydrid und deren Isomerengemische, Dimethylhexahydrophthalsäureanhydride, Pyromellitsäureanhydrid, Trimetllitsäureanhydrid, Substitutionsprodukte der angeführten Verbindungen sowie Abmischungen von zwei oder mehreren Anhydriden.
  • Vorzugsweise werden Di- oder Polycarbonsäureanhydride verwendet, die oder deren Gemische bei 400C flüssig sind.
  • Insbesondere werden Hexahydrophthalsäureanhydrid sowie 3-und/oder 4-Methylhexahydrophthalsäurenahydrid oder deren Isomerengemische verwendet.
  • Geeignete Amine sind beispielsweise Hexamethylendiamin, Polyätherdiamine von Polyalkylenglokoläthern, deren Hydroxylgruppen durch primäre Aminogruppen ersetzt sind, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Pentaäthylenhexamin, Dimethylaminopropylamin, Aminoäthyläthanolamin, Menthandiamin, N-Aminoäthylpiperazin, Diaminocyclohexan, 4,4'-Diamino-3,3'-dimethyldicyclohexylmethan, Isophorondiamin, m-Xylylendiamin, Tetrachlor-p-xylylendiamin, m-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 4-Methyl-3 , 5-diaminobenzolsäureisopropylester, 3,3'-diäthoxycarbonyl-4,4'-diamino-diphenylmethan, 2,6-Diaminopyridin, Substitutionsprodukte der erwähnten Verbindungen sowie Abmischungen zweier oder mehrerer Amine.
  • Vorzugsweise werden bei Raumtemperatur (20-25tC) flüssige aliphatische, aromatische oder cycloaliphatische Polyamine oder deren Mischungen verwendet. Besonders bevorzugt sind Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Pentaäthylenhexamin sowie deren Umsetzungsprodukte mit Äthylenoxid bzw. Propylenoxid, m-Phenylendiamin und 4,4'-diamino-3,3'-dimethylcyclohexylmethan.
  • Das Mengenverhältnis, in dem die Polyepoxidverbindungen mit den erfindungsgemäßen Härterkomponenten umgesetzt werden, kann -in einem verhältnismäßig weiten Bereich variieren.
  • Besonders gute Ergebnisse erzielt man, wenn auf ein Epoxidäquivalent 0,8 bis 1,3, insbesondere 0,8 bis 1 Härteräquivalente entfallen. Als Härteräquivalent wird der Wert eingesetzt, der sich aus der Summe der Äquivalente von Säureanhydrid und Amin ergibt. Das Verhältnis der Äquivalente von Anhydrid zu Amin kann im Bereich 1 : 3 bis 1 : 6 liegen, vorzugsweise im Bereich 1 : 5 bis 1 : 6.
  • Unter Säureanhydridäquivalent wird die Menge Anhydrid in Gramm verstanden, die eine Anhydridgruppe enthält. Das Aminäquivalentgewicht ist diejenige Menge Amin in Gramm, in der ein Grammatom an Amin-Stickstoff gebundenen Wasserstoff enthalten ist. Das Epoxidäquivalent ist die Menge Epoxid-Verbindung in Gramm, die eine 1,2-Epoxidgruppe enthält.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen lagerstabilen, härtbaren Einkomponentenharze kann das Carbonsäureanhydrid mit dem Epoxidharz bei Temperaturen unter +60°C homogen vermischt und ein flüssiges Amin ggf. unter Kühlung langsam zugegeben werden, wobei darauf zu achten ist, daß die Temperatur der Reaktionsmischung nicht höher als bis 600C ansteigt. Nachdem 40 bis 65 % der Epoxidgruppen des Epoxidharzes umgesetzt wird, wird auf Raumtemperatur (20 - 25 C) abgekühlt. Die so hergestellten Massen sind im allgemeinen hart, sprdde und mehrere Monate bis unbeschränkt bei Raumtemperatur lagerstabil. Sie können gemahlen und z.B. für die Herstellung von Preßmassen verwendet werden.
  • Es ist auch möglich, das Hinzufügen des Amins bei Raumtemperatur unter Kühlung vorzunehmen und die Reaktionsmischung bei Raumtemperatur reifen zu lassen bis 40 bis 65 % der Epoxidgruppen umgesetzt sind.
  • Die erfindungsgemäßen Einkomponentenharze können auch mit Walzenmischern oder Knetern hergestellt werden. Als besonders geeignet haben sich aber Zweikomponenten-Dosier-und Mischanlagen, wie sie z.B. aus der Polyurethantechnologie bekannt sind, erwiesen. Mit derartigen Aggregaten ist eine besonders rationelle, kontinuierliche Herstellung der Einkomponentensysteme möglich, indem das flüssige Amin und das Säureanhydrid-Epoxidharz-Gemisch aus getrennten Vorratsbehältern über Dosiereinrichtungen in einen Mischkopf gefördert, dort vermischt und schließlich auf ein, ggf. gekühltes Metallband ausgetragen werden. Auch hier ist das Kriterium für das lagerstabile härtbare Einkomponentenharz, daß 40 bis 65 % der Epoxidgruppen des Epoxidharzes reagiert haben.
  • Darüber hinaus können einige der erfindungsgemäßen Systeme auch direkt in Lösung hergestellt werden, indem das Amin bzw. das in organischen Lösungsmitteln gelöste Amin langsam zu der Anhydrid/Epoxidharzlösung zweckmäßig bei 60 0C nicht übersteigenden Temperaturen zudosiert wird. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn eine oder mehrere der Ausgangskomponenten bei Raumtemperatur fest sind und die Lösungen für die Imprägnierung von Verstärkungsmaterialien, wie z.B. Glasfasergewe.ben vorgesehen sind.
  • Als Lösungsmittel für die Polyepoxidverbindung und/oder Carbonsäureanhydrid und/oder Polyamine gegenüber der Epoxidgruppe indifferente Lösungsmittel kommen vorzugsweise niedrigsiedende aliphatische Halogenkohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Ketone wie Aceton, Äthylmothyl keton, Ester wie Äthylacetat oder deren Gemische infrage.
  • Die erfindungsgemäß erhaltenen Einkomponenten-Epoxidharzmassen können bei erhöhter Temperatur in Formstoffe mit ausgezeichneten mechanischen und elektrischen Eigenschaften übergeführt werden. Rasche Härtung erzielt man bei Temperaturen oberhalb 1200C, vorzugsweise oberhalb 1400C. Während Systeme, die als Härter ein Anhydrid und ein aliphatisches Polyamin enthalten für die vollständige Vernetzung oberhalb 120°C nur wenige Minuten benötigen, erfordern Systeme mit aromatischen Aminen naturgemäß längere Härtungszeiten (15 Min. bis zu mehreren Stunden).
  • Neben der guten Stabilität bei Raumtemperatur (2025O) und der schnellen Aushärtung unter Verarbeitungsbedingungen, bieten die erfindungsgemäßen Reaktionsharzmassen dem Verarbeiter vor allem den Vorteil der vereinfachten Lagerhaltung, der Ausschaltung von Mischungsfehlern sowie der Verminderung von Qualitätsschwankungen durch verbesserte Standardisierung. Darüber hinaus ist es möglich, Verstärkungsfasern, Füllstoffe, Pigmente, Gleitmittel usw.
  • direkt bei der Herstellung in die Harzmassen einzuarbeiten.
  • Zur Beschleunigung der Vernetzungsreaktion können übliche Katalysatoren wie z.B. tertiäre Amine oder Phenole bzw.
  • deren Mannichbasen in Mengen von 0,1 - 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung Harz/Härter, mit verwendet werden.
  • I)ie nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten Formkörper Verklebungen usw. besitzen ausgezeichnete mechanische und elektrische Eigenschaften. Unter Formkörpern werden in der vorliegenden Anmeldung auch geformte Gebilde verstanden, die sich aus Pressmassen, Schichtstoffpreßmassen und glasfaserverstärkten Laminaten herstellen lassen. Solche Formkörper sind beispielsweise mechanische und elektrische Konstruktionselemente.
  • Teile in den Beispielen angegebenen Teile beziehen sich auf das Gewicht.
  • Beispiel 1: 2,50 Äquivalente = 500 Teile eines aus Bisphenol A und Epichlorhydrin hergestellten Epoxidharzes mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von ca. 200 und 70 Teile 4-Methyl-hexahydro-phthalsäureanhydrid (0.416 Äquivalente) werden in 200 Teilen Methylenchlorid gelöst. Zu dieser Lösung läßt man unter Rühren 100 Teile (= 2 Äquivalente) eines aliphatischen Polyaminhärters, bestehend im wesentlichen aus Triäthylentetramin (65 Gew.-), monopropoxyliertem Diäthylentriamin (10 Gew.-°z6), Tetraäthylenpentamin (10 Gew.-%) und Pentaäthylenhexamin (12 Gew.-°,4), mit einem Aminäquivalentgewicht von ca. 50,ggf. unter Kühlung,so schnell zutropfen, daß die Temperatur der Reaktionsmischung 25°C nicht übersteigt. Nach 3 Stunden sind 48.5 % der Epoxidgruppen umgesetzt. Die so hergestellte Lösung ist bei Raumtemperatur über mehrere Wochen stabil und eignet sich z.B. für die Imprägnierung von faserförmigen Verstärkungsmaterialien wie Glas- oder Kohlenstoffasern. Nach Abdestillieren des Lösingsmittels ist das Einkomponentenharz mehrere Monate bei Raumtemperatur lagerstabil.
  • Zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Einkomponenten-Epoxidharz-Systems wird die Lösung bei etwa 30°C im Vakuum vom Lösungsmittel befreit.Der Rückstand wird pulverisiert und dann in einer geheizten Presse bei ca.
  • 1500C/ 10 Min. zu einer Platte verpreßt. An den aus der Platte herausgeschnittenen Norm-Prüfkörpern werden folgende mechanische Eigenschaften bestimmt: E-Modul (DIN 53 457) : 31 480 kp/cm2 Biegefestigkeit (DIN 53 452) : 1 275 kp/cm Durchbiegung : 3,43 mm Kugeldruckhärte (DIN 53 456) 1 810 kp/cm2 Wärmeformbeständigkeit nach Martens (DIN 53 458) . 540C.
  • Beispiel 2: Mit der gemäß Beispiel 1 hergestellten Einkomponenten-Epoxidharz-Lösung wird Glassgewebe, Typ 181 der Fa. Interglas, Ulm, Bindungsart: Atlas Fadenzahl: Kette 22, Schuß 21/cm, Flächengewicht: 295 g/m imprägniert. Der Harzgehalt wird dabei auf 40 - 45 Gew.-% eingestellt. Anschließend werden die Glasgewebebahnen durch kurzes Erhitzen auf 800C getrocknet. Man erhält Prepregs, die bei Umgebungstemperatur mehrere Monate lagerstabil sind.
  • Durch Verpressen mehrerer Prepregs bei 1500C (10 Min.) und einem Preßdruck von ca. 40 kp/cm2 können Laminate mit folgenden mechanischen Eigenschaften hergestellt werden (Glasgehalt ca. 60 Gew.-): Biegefestigkeit (DIN 53 452) : 4 150 kp/cm2 E-Modul (DIN 53 457) : 188 000 kp/cm2 Aus Prepregs, die 3 Monate bei ca. 25 0C gelagert worden waren, wurden Laminate mit analogen Eigenschaften hergestellt.
  • Beispiel ski: : 275 Teile (2,2 Äquivalente) eines aus p-Hydroxy-benzoesäure und Epichlorhydrin hergestellten Epoxidharzes mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von ca. 125 und 63 Teile 4-Methylhexahydrophthalsäureanhydrid (0.375 Äquivalente) werden in 200 Teilen Methyl-äthylketon gelöst. Zu dieser Lösung gibt man unter gutem Rühren 51 Teile m-Phenylendiamin (1.89 Äquivalente) in kleinen Portionen hinzu.Da die Temperatur der Reaktionsmischung 40°C nicht übersteigen soll,muß ggf.
  • gekühlt werden. Nach ca. 3 Stunden sind 52.8 % der Epoxidgruppen umgesetzt.
  • Die so hergestellte, mehrere Tage bei Raumtemperatur stabile, Harzlösung eignet sich ausgezeichnet für die Imprägnierung von Verstärkungsfasern.
  • Zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Einkomponenten-Epoxidharzes wird zunächst bei höchstens 400C im Vakuum das Lösungsmittel abgezogen. Das zurückbleibende feste Harz wird dann fein gemahlen und in einer geheizten Presse zu Prüfplatten (Bedingungen: 5 Min./1000C, 15 Min./ 1600C) mit folgenden mechanischen Eigenschaften verpreßt: E-Modul (DIN 53 457) : 35 740 kp/cm2 Biegefestigkeit (DIN 53 452) : 1 470 kp/cm2 Durchbiegung : 4,2 mm Wärmeformbeständigkeit nach Martens (DIN 53 458) : 102 C Das feste Harz ist über 6 Monate lagerstabil.
  • Beispiel 4: Mit der gemäß Beispiel 3 hergestellten Einkomponenten-Epoxi<1-harzlösung wird Glassgewebe, Typ 181 der Fa. Interglas, Ulm, Bindungsart: Atlas, Fadenzahl: Kette 22/cm, Schuß 21/cm, Flächengewicht: 295 g/ m2 imprägniert. Der Harzgehalt wird dabei auf ca. 30 Gew.-% eingestellt. Anschließend wurden die Glasgewebebahnen durch kurzes Erhitzen auf etwa 800C vollständig von Lösungsmittel befreit. Man erhält Prepegs, die bei Raumtemperatur mehrere Monate lagerstabil sind.
  • Durch Verpressen mehrerer Prepregs bei 160°C (20 Min.) und einem Preßdruck von ca. 40 kp/cm² können Laminate mit folgenden mechanischen Eigenschaften hergestellt werden (Glasgehalt ca. 70 (ew.-%): L3iegefestigkeit (DIN 53 452) : 4 320 kp/cm2 E-Modul (DIN 53 457) : 232 000 kp/cm2 Aus Prepregs, die 4 Monate bei Raumtemperatur gelagert worden waren, konnten Laminate mit äquivalenten Eigenschaften hergestellt werden.
  • Beispiel 5: In einem gekühlten Kneter werden 200 Teile (1 Äquivalent) eines aus Bisphenol A und Epichlorhydrin hergestellten Epoxidharzes mit einem Epoxidäquivalentgewicht von ca. 200 mit 28 Teilen (0.167 Äquivalente) Methylhexahydrophthalsäureanhydrid (3- und 4-Isomerengemisch; erhalten gemäß DT-PS 1 191 967 Beispiel 2) vermischt. Danach gibt man langsam, portionsweise 22 Teile (0,815 Äquivalente) m-Phenylendiamin zu dieser Mischung und trägt das entstehende, hochviskose Reaktionsgemisch anschließend sofort aus dem Kneter auf ein gekühltes Blech aus.
  • Das gebildete Einkomponenten-Epoxidharz-System kann nach einer Reifungszeit von ca. 3 Tagen gemahlen werden und ist dann i diesem Zustand mehrere Monate bei Umgebungstemperatur (c&-. 25°C) lagerstabil. In dem Harz sind 57 % der Epoxidgruppen des Epoxidharz 3 umgesetzt.
  • Durch Verpressen des Pu3 ers bei höheren Tempereturen (5 Min. bei 1000C, lrv Min. bei 1600C) erhalt man einen Reaktionsharzformstoff mit folgenden mechanischen Eigenschaften: E-Mcdl (DIN 53 45?) : 28 250 kp/mm Biegefestigkeit (DIN 53 452) : 1 194 kp/mm Durchbiegung : 2,21 mm Wärmeformbeständigkeit nach Martens (DIN 53 458) : 107°C Beispiel 6: In einem gekühlten Kneter werden 200 Teile eines aus Bisphenol-A und Epichlorhydrin hergestellten Epoxidharzes mit einem Epoxidäquivalentgewicht von ca. 200 mit 21 Teilen cis-Hexahydrophthalsäureanhydrid (0,138 Äquivalente) vermischt.
  • Zu der Mischung läßt man 21 Teile eines hauptsächlich aus Pentaäthylenhexamin (0.725 Äquivalente) bestehenden aliphatischen Polyaminhärters tropfen, wobei 40 °C nicht überschritten werden sollen und trägt das entstehende hochviskose Reaktionsgemisch anschließend sofort aus dem Kneter auf ein gekühltes Blech aus.
  • Das so hergestellte Einkomponenten-Epoxidharz-System kann nach einer Reifungszeit von 3-5 Tagen gemahlen werden und ist dann in diesem Zustand mindestens ein Jahr bei Umgebungstemperatur stabil. In dem Harz sind 62.4 % der Epoxidgruppen des Epoxidharzes umgesetzt.
  • Durch Verpressen des pulverförmigen Produkts bei 150°C (10 Min.) erhält man einen Reaktionsharzformstoff mit folgenden mechanischen Eigenschaften: E-Modul (DIN 33 457) : 30 640 kp/cm2 Biegefestigkett tDIN 53 452) : 1 130 kp/cm2 Durchbiegung : 2,29 mm Wärmeformbeständigkeit nach Martens (DIN 53 458) : 91°C.
  • Das Einkomponenten-Epoxidharz-System lieferte auch nach 8 Monaten Reaktionsharzformstoffe mit den gleichen mechanischen Eigenschaften.
  • Beispiel 7: In einem gekühlten Kneter wurden 200 Teile eines aus Bisphenol A und Epichlorhydrin hergestellten Epoxidharzes mit einem Epoxidäquivalentgewicht von ca. 200 mit 21 Teilen (0.120 Äquivalente) 4-Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, 200 Teilen Kreide 8 Teilen Zinkstearat 3 Teilen Magnesiumoxid und 140 Teilen Glasfasern (3 mm Länge) vermischt.
  • Zu der Mischung läßt man 21 Teile (0.725 Äquivalente) eines hauptsächlich aus Pentaäthylenhexamin bestehenden aliphatischen Polyaminhärters tropfen und trägt die entstehende Preßmasse anschließend sofort aus dem Kneter auf ein gekühltes Blech aus.
  • Die so hergestellte Preßmasse ist nach einer Reifungszeit von 3-5 Tagen einsatzbereit und in diesem Zustand dann mindestens ein Jahr bei Raumtemperatur lagerfähig. In dem Harz sind ca.
  • 55 % der Epoxidgruppen des Epoxidharzes umgesetzt.
  • Durch Verpressen bei 1500C (8 - 10 Min.) erhält man Formstoffe mit folgenden mechanischen Eigenschaften: E-Modul (DIN 53 457) : 88 500 kp/cm2 Biegefestigkeit (DIN 53 452) : 1015 kp/cm² Schlagzähigkeit (DIN 53 453) : 20,7 kpcm/cm² Beispiel 8: Mit Hilfe einer 2-Komponenten-Dosier- uni. Mischanlage werden ein Epoxidharz-Säureanhydrid-Gemisch und ein aliphatischer Polyaminhärter gemäß Beispiel 6 aus separaten Vorratsbehältern über eine Dosiervorrichtung im entsprechenden Mischungsverhältnis in einen Mischkopf gefördert und anschließend sofort auf ein gekühltes Metallband ausgetragen. Das so hergestellte Einkomponenten-Epoxidharz-System kann nach einer Reifungszeit von 3-5 Tagen zu keaktionsharzformstoffen verarbeitet werden, deren mechanische Eigenschaften gut mit den in Beispiel 6 genannten Daten übereinstimmen.
  • Vergleichsversuch gegenüber US-PS 2 637 716 Gemäß dieser Schrift wird in den Beispielen ein Epoxidharz aus einem Mol Bisphenol A und 1,65 Mol Epichlorhydrin eingesetzt. Entgegen den Angaben dieser Schrift besitzt ein solches Epoxidharz jedoch nicht ein Molgewicht von etwa 300, sondern ein Epoxidäquivalent von etwa 300. Ziel dieser Erfindung ist es, lagerfähige Lackbindemittel herzustellen.
  • Die Herstellung der Binderlittel erfolgt durch Umsetzung des Polyepoxidharzes mit einer Dicarbonsäure bzw. mit einem Dicarbonsäureanhydrid in Gegenwart eines Alkohols (Cyclohexanol) bei 120°C und anschließendem Erhitzen mit einem aliphatischen oder aromatischen Polyamin bei 120 bis 1400G.
  • In keinem Falle werde Lackbindemittel erhalten, die noch Epoxidgruppen aufweisen.
  • Beispiel 5 dieser Schrift (Zeilen 44-58) wird exakt wiederholt. Es wurde ein Lackbindemittel erhalten, das keine Epoxidgruppen enthielt. Da auf 1 Epoxidäquivalent 1,3 Hydroxyläquivalente,ca. 0,3 Anhydridäquivalente und 0,35 Aminäquivalente eingesetzt wurden und die Umsetzung bei 120-130°C (während 70 Minuten) erfolgte, war die Umsetzung aller Epoxidgrlzppen zu erwarten. werden anstelle des Maleinsäureanhydrids 37 Gew.-Tle Phthalsäureanhydrid (0,25 Äquivalente) u-id '4 Gev.-Tle Diäty1en-.riamLn (0,7 Äquivalente) eingesetzt, so wird ebenfalls ein epoxidgruppenfreies Lackbindemittel erhalten.
  • Beispiel 1 der vorliegenden Anmeldung wurde wiederholt jedoch mit der Änderung, daß anstelle von 200 Gew.-Tln Methylenchlorid 200 Gew.-Tle o-Dichlorbenzoi verrendet wurde und das 4-Methylhexahydrophthalsäureanhydrid-Epoxidharzgemisch gemäß den Bedingungen des Beispiels 5 der US-PS 2 637 716 30 Minuten auf 120°C erhitzt wurde.Bereits bei Zutropfen des Amins bei 120-130°C erfolgte Vernetzung.
  • Vergleichsversuch gegenüber US-PS 3 639 657 Die Herstellung des Bisphenol-A/Diepoxidharzes erfolgte gemäß Beispiel 1 der obigen US-Patentschrift. Das erhaltene Epoxidharz besaß ein Epoxidäquivalent von 190. Gemäß Beispiel 2 der US-PS wurde das Aminogruppen enthaltende Umsetzungsprodukt aus Phthalsäureanhydrid und Diäthylentriamin mit einem Aminäquivalentgewicht von 51 erhalten. Da gemäss Spalte 4 Zeilen 3-10 der US-Patentschrift die besten anwendungstechnischen Werte erzielt werden, wurden 100 Gew.-Tle des Epoxidharzes (0.525 Äquivalente) mit 35 Gew.-Tln des Imidamin-Härters ( 0.686 Äquivalente) bei 25 0C vermischt. Die erhaltene Mischung war zwar bei 25 0C mehrere Monate lagerstabil, ergab jedoch nach der Aushärtung 10 Minuten bei 150 0C unzureichende mechanische Eigenschaften, wie an Norm-Prüfkörpern festgestellt wurde: E-Modul (DIN 53 457) : 3050 kp/cm2 Biegefestigkeit (DIN 53 452) : 63.5 kp/cm2 Durchbiegung : 1.43 mm Wärmeformbeständig- (DIN 5:3 458) : 56 0C keit nach Martens

Claims (2)

  1. PatentansrUche: 1) Verfahren zur Herstellung lagerstabiler, vernetzbarer Einkomponentenharze aus Polyepoxidverbindungen mit mehr als einer l,2-Epoxidgruppe pro Molekül und 0,8 bis 1,3 Äquivalenten, bezogen auf eiri Epoxidäquivalent, eines Härtersystems aus mindestens einem Di- oder Polycarbonsäureanhydrid und mindestens einem aliphatiien, araliphatischen, cycloaliphatischen, heterocyclischen oder aromatischen Polyamin, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyepoxid oder das in organischen Lösungsmitteln gelöste Polyepoxid mit dem Di- oder Polycarbonsäureanhydrid bei einer Temperatur unter 600C homogen vermischt und anschließend das flüssige Polyamin oder das in organischen Lösungsmitteln gelöste flüssige oder feste Polyamin bei 60°C möglichst nicht überschreitende.
    Temperaturen kontinuierlich oder portionsweise eingefügt wird, wobei das Äquivalentverhältnis von Di- oder Pol.ycarbonsäureanhydrid zu Pclyamin 1 : 3 bis 1 : 6 beträgt, und die Reaktionsmischung nach Umsatz von 45 bis 60 % der Epoxidgruppen des Epoxidharzes ggf. nach Abdestillieren vorhandener Lösungsmittel bei Temperaturen bis maximal 800C, auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
  2. 2) Lagerstabile, vernetzbare Einkomponentenharze, hergestellt gemäß Anspruch 1.
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