DE2754631A1 - Heisshaertbare imidharze - Google Patents
Heisshaertbare imidharzeInfo
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- C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
- C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- C08G73/12—Unsaturated polyimide precursors
- C08G73/121—Preparatory processes from unsaturated precursors and polyamines
Description
VERWALTUNG
68 HEtDELBERQ HEILIQENBERGSTRASSE 1b
BETPIEB UND POSTANSCHRIFT MOI DOSSENHEIM. Postfach
QutenbergstraBe
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P 148 29. November 1977
Heisshärtbare Imidharze
Die Erfindung betrifft neue heisshärtbare Imidharze. Sie werden erhalten durch Umsetzung eines N,N'-Bisimids einer
ungesättigten Dicarbonsäure der allgemeinen Formel
O ο
Il
in der B einen zweiwertigen Rest, der eine Kohlenstoff-Kohlenstoff
doppelbindung enthält,und Ά einen zweiwertigen Rest mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen bedeuten, mit
dem Dihydrazid einer Dicarbonsäure der allgemeinen Formel
I I
H2N -HN-C-D-CNH- NH3 (II)
in der D einen zweiwertigen Rest darstellt.
909824/0207
Telegramm: Technochem Heidelberg ■ Tel. (06221) 65051, 472268 · Telex 461623 tchem d · Bank: Dresdner Bank Heidelberg 4647622 · Postscheck: Karlsruhe 24903-758
Geschäftsführer: Dr. Herbert Petrovickl, Dr. Friedrich Schattemak, Bfr-emttar* Steinkopf ■ Sitz der Gesellschaft: 6901 Dossenhelm, HRB 297 Heidelberg
Der in der allgemeinen Formel (I) mit A bezeichnete Rest kann eine Alkylengruppe mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen,
eine Cycloalkylengruppe mit 5 bis 6 Kohlenstoffatomen, eine heterocyclische Gruppe mit 4 bis 5 Kohlenstoffatomen
und mindestens einem Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatom im Ringe, eine mono- oder dicarbocyclische
Gruppe oder mindestens zwei mono- oder dicarbocyclische aromatische oder Cycloalkylengruppen, die durch eine
direkte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung miteinander verbunden sind, oder durch eine zweiwertige Gruppe, ausgewählt
aus Sauerstoff, Schwefel, Alkylen mit ein bis drei Kohlenstoffatomen, oder eine der nachfolgend formelmässig
angeführten Gruppen wie
Il
- P(O)R2 - ,
J-O-,
O
I |
-So2 | NH - , | R5 | |
1I
C |
R2
I Si - |
0
I |
N - , | |
H
-C- |
||||
O Ii |
||||
Il
-C- |
||||
R4 | ||||
N - | -R5 | |||
II 5 H
O-C-R -C-O-,
O-C-R -C-O-,
909824/0207
sein, wobei die Reste R , R , R , R , R Alkylgruppen mit
ein bis fünf Kohlenstoffatomen sind.
Der Rest in der allgemeinen Formel (I) stellt einen divalenten organischen Rest dar, der eine äthylenische Doppelbindung enthält.
Folgende Strukturen für den Rest B sind möglich.
Folgende Strukturen für den Rest B sind möglich.
CH
CH
CH.
H2C<
Beispielsweise verwendbare Bisimide zur Herstellung der neuen Imidharze sind 1,2-Bismaleinimidoäthan, 1,6-Bismaleinimidohexan,
1,12-Bismaleinimidododekan, 1,6-Bismaleinimido-(2,2,4-Trimethyl)-hexan,
1,3-Bismaleinimidobenzol, 1,4-Bismaleinimidobenzol,
4,4*-Bismaleinimidio-diphenylmethan, 4,4*-Bismaleinimidodiphenyläther, 4,4'-Bismaleinimido-diphenylsulfid, 4,4'-Bismaleinimidodiphenylsulfon,
4,4" -Bismaleinimido-dicyclohexylmethan, 2,4-Bismaleinimido-toluol,
2,6-Bismaleinimido-toluol, N,N'-m-Xylylenbismaleinimid,
Ν,Ν'-p-Xylylen-bismaleinimid, N,N*-m-Phenylenbis-citraconimid,
»,N'^^'-Diphenylmethan-citraconimid, N,N"-4,4*-Diphenylmethan-bis-itaconimid.
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's
Für die Herstellung der Imidharze können auch Mischungen
aus mehreren der genannten Bisimide verwendet werden.
Als Dicarbonsäuredihydrazide seien beispielsweise Oxalsäuredihydrazid,
Malonsäuredihydrazid, Bernsteinsäuredihydrazid, Glutarsäuredihydrazid, Adipinsäuredihydrazid, Pimelinsäuredihydrazid,
Korksäuredihydrazid, Sebazinsäuredihydrazid, Cyclohexandicarbonsäuredihydrazid, Terephthalsäuredihydrazid,
Isophthalsäuredihydrazid, 2,6-Naphthalindicarbonsäuredihydrazid, 2,7-Naphthalindicarbonsäuredihydrazid oder Mischungen von zwei
oder mehreren der genannten Dicarbonsäuredihydrazide angeführt.
Die Umsetzung der Bisimide mit den Dicarbonsäuredihydraziden zu den Imidharzen erfolgt so, dass das Molverhältnis zwischen
Bisimid und Dihydrazid
Anzahl der Mole N,N*-Bis-Imid (I)
Anzahl der Mole von Dicarbonsäuredihydrazid (II)
zwischen 1,1 und 10 liegt.
Es ist bekannt, dass die äthylenische Doppelbindung von Maleinimiden leicht mit basischen organischen Verbindungen,
wie Aminen, umgesetzt werden kann unter Bildung von Asparaginimiden. Diese allgemeine Reaktionsweise wurde zur Herstellung
von polymerisierbaren Imidharzen herangezogen, wie aus der französischen Patentschrift 1 555 564 bekannt ist. Die Reaktionsgeschwindigkeit
wird dabei weitgehend durch die Basizität der Aminoverbindung bestimmt.
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Es wurde nun gefunden, dass auch die Hydrazide organischer Säuren an die Doppelbindung von Maleinimiden mit grosser
Geschwindigkeit addiert werden, obgleich die Basizität der Hydrazidgruppe nur gering ist. Auf Grund dieser bisher
nicht bekannten Reaktionsweise ist es gelungen, polymerisierbare Imidharze herzustellen, indem Bismaleinimide mit Dihydraziden
organischer Dicarbonsäuren umgesetzt werden, vorzugsweise so, dass das Bismaleinimid im überschuss eingesetzt wird. Das zu
wählende Molverhältnis zwischen den beiden Reaktionspartnern liegt zwischen 1, 1 und 10.
Die Herstellung der neuen Imidharze kann in einem inerten polaren organischen Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel,
beispielsweise Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon,
Tetramethylharnstoff durchgeführt werden. Auch niedrig siedende Lösemittel wie Dioxan und Tetrahydrofuran
können für die Herstellung der Präpolymeren verwendet werden. Die Bildung der Vorpolymere wird vorzugsweise dann in den
genannten Verdünnungsmitteln durchgeführt, wenn die Weiterverarbeitung die Anwendung einer Lösung erfordert.
Die Imidharze können auch hergestellt werden, indem die Ausgangsmaterialien,
unter Anwendung der üblichen Techniken zum Mischen und Mahlen von Pulvern, innig gemischt und anschliessend für eine
bestimmte Zeit auf Temperaturen zwischen 80 - 18O C erhitzt werden,
und zwar in der Weise, dass ein noch formbares, gegebenenfalls auch lösliches Produkt entsteht.
Die Herstellung der Imidharze kann auch in inerten Verdünnungsmitteln
durchgeführt werden, in denen eine der beiden Ausgangskomponenten oder beide unlöslich sind. Diese Verfahrensweise wird vorzugsweise
dann angewendet, wenn die Vorpolymerisation nicht zu weit getrieben werden soll.
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Für viele technische Anwendungen der neuen Imidharze ist es vorteilhaft, die Härtung durch Zusatz von Katalysatoren zu
beschleunigen. Wirksame Härtungskatalysatoren sind beispielsweise organische Peroxide wie Di-tert-butylperoxid, Dicumylperoxid,
t-Butylperbenzoat in Konzentrationen von 0,1 - O,5 %,
bezogen auf das Gesamtgewicht des härtbaren Imidharzes. Koranen Katalysatoren zur Anwendung, werden diese bei der Herstellung
der Vorpolymeren, unter Anwendung einer der beschriebenen Techniken, den Ausgangsverbindungen zugemischt.
Für andere technische Anwendungen der neuen Imidharze ist es vorteilhaft,
die Härtung, die über eine Vinylpolymerisation abläuft, zu verzögern. In diesen Fällen wird die Herstellung der Imidharze
in Gegenwart von Polymerisationsinhibitoren, beispielsweise Hydrochinon, durchgeführt. Die verwendete Menge an Inhibitor soll
etwa zwischen 0,1 - 1,0 % liegen.
Die Aushärtung der Imidharze erfolgt durch Erhitzen auf Temperaturen
zwisjnen lOO - 35O C, gegebenenfalls unter Druck, vorzugsweise bei
Temperaturen zwischen 16O - 26O C. Dabei erhält man unlösliche, unschmelzbare,
vernetzte Produkte mit ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der neuen Imidharze
sind Schichtpresstoffe. Die Verarbeitung erfolgt in der Weise, dass die Imidharze in hochsiedenden Lösungsmitteln wie N-Methylpyrrolidon,
Dimethylacetamid oder Dimethylformamid gelöst werden und mit dieser
Lösung Glasfasern in Form von Rovings oder Geweben oder Kohlenstofffasern oder Borfaser oder organischer Synthesefasern in Form von
Geweben, Filamenten oder Rovings beschichtet werden, anschliessend das Lösungsmittel abgedampft wird, und dann die imprägnierten Faserstoffe
zum Schichtpresstoff unter Anwendung von Druck und Temperatur verpresst werden.
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Der wesentliche Vorzug der Imidharze gegenüber den Harzen der französischen Patentschrift 1 555 564 liegt darin, dass
die Lösungen der neuen Harze in den genannten Lösungsmitteln bei Raumtemperatur nahezu unbegrenzt haltbar sind, ohne dass
die Viskositäten der Harzlösungen ansteigen. Dies bedeutet, dass auch imprägnierte Faserwerkstoffe, sogenannte Prepregs,
die einen Restlösungsmittelgehalt von bis zu 10 % haben können, praktisch unbegrenzt haltbar und lagerfähig sind, ohne
dass die für das Heiterverarbeiten charakteristischen Fliesseigenschaften der Harze verändert werden.
Die Imidharze können auch nach den bekannten Nethoden der
Pulverpresstechnik für härtbare Massen zu Formkörpern verarbeitet werden, wobei die Aushärtung unter gleichzeitiger Formgebung
unter Druck erfolgt. Für diese Anwendungen können den Imidharzen übliche Zusätze wie Füllstoffe, Farbstoffe, Weichmacher und Flammschutzmittel beigemischt werden. Gut geeignete Füllstoffe sind
beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, organische Hochmodulfaser wie Aramide, Quarzmehl, Kaolin, Siliziumdioxid und Metalle
in Form feiner Pulver.
Die in den folgenden Beispielen angegebenen Mengen können beliebig
vervielfacht und den jeweils vorhandenen oder hierfür vorgesehenen technischen Einrichtungen angepasst werden.
35,84 g (0,1 Mol) 4,4'-Bismaleinimidodiphenyl-methan und 5,83 g
(O,03 Mol) Isophthaleäuredihydrazid werden gut gemischt und in
einem Rundkolben bei 155°C aufgeschmolzen und weitere 10 Minuten erhitzt. Die Schmelze wird durch Anlegen eines Teilvakuums entgast. Das so erhaltene Vorpolymer kann in folgender Heise weiter
verarbeitet werden:
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a) Die Schmelze wird in Giessformen (lOO χ IOO χ 3 mm), die auf
16O C vorgeheizt sind, eingegossen und anschliessend ausgehärtet, indem die Temperatur stufenweise innerhalb von 3
Stunden auf 200 C erhöht wird und bei 2OO C 3 Stunden gehalten wird.
b) Nach dem Erkalten der Schmelze auf Raumtemperatur wird eine 50 %ige Lösung in N-Methylpyrrolidon durch Lösen unter Rühren
hergestellt. Diese Lösung ist viskositätsstabil und eignet sich für das Herstellen von Glasgewebeprepregs. Glasgewebe vom Typ
G 9211 l/A 1lOO der Firma Interglas Ulm werden durch Tauchen
mit Harzlösung homogen beschichtet und im Umlufttrockenschrank über 10 Minuten bei 140°C getrocknet. Mehrere Glasgewebepreprec
werden in einer Plattenpresse geschichtet und unter Druck bei einer Temperatur von 2OO C gehärtet. Es wird ein Glasgewebelami
erhalten, in dem das gehärtete Harz der Binder ist.
c) Nach dem Abkühlen der Schmelze auf Raumtemperatur wird das Vorpolymer mit Graphitpulver in einer Kugelmühle homogen vermählen.
Die Mischung eignet sich zur Verwendung als Pressmasse. Formkörper lassen sich durch Verpressen der Pressmasse unter Druck bei Temperaturen
um 2OO°C in Stempelpressen herstellen.
35,84 g (0,1 Mol) 4,4'-Bismaleinimidodiphenylmethan und 5,83 g (0,03 Mol)
Terephthalsäuredihydrazid werden in 41,7 g Dimethylacetamid unter guter Rührung gelöst, indem die Temperatur auf 80 C gesteigert wird. Zur Bildung
des Vorpolymers wird noch 30 Minuten bei 8O C nachgerührt. Die Isolierung
des Vorpolymers erfolgt in der Weise, dass die Lösung in 4OO ml Wasser langsam eingerührt wird. Das Vorpolymer wird durch Filtration gewonnen,
gut mit Wasser nachgewaschen und getrocknet.
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Eine Mischung von 4,4'-Bismaleinimidodiphenylmethan (56 g), 2,4-Bismaleinimidotoluol (24 g) und 2,2,4-Trimethylhexamethylenbismaleinimid
(20 g) und 10,45 g Adipinsäuredihydrazid werden in einem Rundkolben innig gemischt und bei 125°C unter: Rotation aufgeschmolzen
und dann 15 Minuten zur Bildung des Vorpolymers erhitzt. Nach Entgasen im Teilvakuum kann das Vorpolymer wie in
Beispiel 1 weiterverarbeitet werden.
232 g (0,647 Mol) 4,4'-Bismaleinimidodiphenyläther 92,58 g (0,353 Mol)
2,4-Bismaleinimidotoluol und 26,4Og (0,2 Mol) Malonsäuredihydrazid
werden in einer Kugelmühle gut gemischt und anschliessend in einem Rundkolben unter Rotation in einem Ölbad auf eine Temperatur von
148 C erhitzt,bis eine homogene Schmelze erhalten wird. Entgast wird bei einem Teilvakuum von 20 - 3O Torr. Für die Anwendung als
Pressmasse wird die Schmelze weitere 45 Minuten bei 148 C erhitzt. Es bildet sich eine sehr hoch viskose Schmelze (3OOO - 50OO cP), die
nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur zu einem Pulver gemahlen wird. Das Polyimid-Vorpolymer kann mit pulvrigen (Quarzmehl, Graphit, Molybdänsulfid)
und fasrigen (Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern) Füllstoffen gemischt und bei 2OO C zu Formteilen verpresst werden.
36O,4 g (1,0 Mol) 1,12-Bismaleinimidododekan (Schmp. 112°C)
wird mit 69,7 g (O,4 Mol) Adipinsäuredihydrazid (Schmp. 171°C)
bei 140 C zu einer homogenen klaren Schmelze verrührt und über O,5 Stunden bei dieser Temperatur zur Bildung des Vorpolymers
gehalten. Nach Abkühlen lässt sich das Polyimid-Vorpolymer in Tetrahydrofuran, Dioxon oder Methyl-äthyl-keton zu einer hochkonzentrierten
Klebeharzlösung auflösen.
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Für die Herstellung von Glasgewebeprepregs zur Verarbeitung zu Gewebelaminaten wird vorzugsweise das Vorpolymer in Lösung
hergestellt und auf die Isolierung verzichtet. 107,51 g (O,3 M)
4,4'-Bismaleinimidodiphenylmethan und 17,46 g (0,09 M) Terephthalsäuredihydrazid
werden in 124,97 g Dimethylacetamid durch Erhitzen auf 12o C unter Rühren gelöst. Nach 15 Minuten liegt eine blanke
Lösung des Vorpolymers vor. Die Viskosität der Lösung bei Raumtemperatur beträgt 62 Centistokes. Für viele Anwendungen ist es
vorteilhaft, wenn höher viskose Imprägnierlösungen vorliegen. Durch Erhitzen der Lösung auf 120 C über 3,5 Stunden wird die
Vorpolymerisation weitergeführt und die Lösung hat dann eine kinematische Viskosität von 240 Centistokes.
Beispiel 7:
5OO g einer Mischung aus 4,4'- Bismaleinimidodiphenyläther (1 Mol)
und lsophthalsäuredihydrazid (0,3 Mol) werden in 500 ml Dimethylacetamid portionsweise eingerührt und bei 70 - 75 C zu einer blanken
Lösung gelöst. Nach 3O Minuten Rühren wird die Lösung kalt in 7 Wasser unter intensiver Rührung eingerührt. Das gefällte Produkt
wird abgenutscht und gut mit Wasser gewaschen und bei 6O - 7O C
im Vakuum getrocknet. Die Ausbeute ist quantitativ. Das feine, gelbe Pulver hat einen Schmelzbereich von 13O - 14O°C. Eine 5O %ige
Lösung des Vorpolymer in N-Methylpyrrolidon zeigt eine Viskosität
von 28O Centistokes, die auch über 8 Wochen praktisch konstant bleibt.
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Claims (8)
- Patentansprüche;Heisshärtbare Imidharze, erhältlich durch Umsetzung eines N,N'- Bisimids einer ungesättigten Dicarbonsäure der allgemeinen FormelN-A-N"C"(Din der A einen zweiwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen und B einen zweiwertigen organischen Rest der nachstehend angeführten FormelnCH,CH,CH,bedeuten, mit dem Dihydrazid einer Dicarbonsäure der allgemeinen Formel0 0I HHN -NH-C-D-C-NH-(II)909824/0207ORIGINAL INSPECTEDin der D einen zweiwertigen organischen Res* darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis zwischen Bisimid und DihydrazidAnzahl der MoIeN,N'-Bis-Imid (I)Anzahl der Mole von Dicarbonsäuredihydrazid IIzwischen 1,1 und 10 liegt.
- 2. Heisshärtbare Imidharze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bisimid ausgewählt ist aus einem der nachstehend genannten Bisimide1,2-Bismaleinimidoäthan, 1,6-Bismaleinimidohexan, 1,12-Bismaleinimidododekan, 1,6-Bismaleinimido- (2,2,4-TrimethyD-hexan, i,3-Bismaleinimidobenzol, 1,4-Bismaleinimidobenzol, 4,4'-Bismaleinimido-diphenylmethan, 4,4'- BismalpinimidodIphenylather, 4,4' -Bismaleinimido-diphenylsulfid, 4,4'-Bismaleinimido-diphenylsulfon, 4,4'-Bismaleinimido-dicyclohexylmethan, 2,4-Bismaleinimido-toluol, 2,6-Bismaleinimido-toluol, N,N'-m-Xylylen-bismaleinimid, N,N'-p-Xylylen-bismaleinimid, N,N'-m-Phenylen-bis-citraconimid, N,N' -4,4' -Diphenylmethanbis-citraconimid, N,N'-4,4'-Diphenylmethan-bis-itaconimidund das Dicarbonsäuredihydrazid die allgemeine FormelO OA-H„N- HN- C-D-C-NH- NH„ (II)hat.° O 9 8 2 ι, / Π 7 O 7
- 3. Heisshärtbare Imldharze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass Bislmlde der allgemeinen Formel
O On ι(T C1 HO 0B' N-A-N, JB (I)mit einem Dicarbonsäuredihydrazid, ausgewählt aus Oxalsäuredihydrazid, Malonsauredihydrazid, Bernsteinsäur edihydrazid, Glutarsäuredihydrazid, Adipinsäuredihydrazid, Pimelinsäuredihydrazid, Korksäuredihydrazid, Sebazinsäuredihydrazid, Cyclohexandicarbonsäuredihydrazid, Terephthals&uredihydrazid, Isophthalsäuredihydrazid, 2,6-NaphthalindicarbonsSuredihydrazid, 2,7-Naphthalindicarbonsäuredihydrazid, oder Mischungen von zwei oder mehreren der genannten DicarbonsSuredihydrazide zur Bildung der Imidharze umgesetzt werden. - 4. Heisshärtbare Imidharze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mischungen von mehreren Bisimiden (I) zur Herstellung der Imidharze verwendet werden.
- 5. Heisshärtbare Imidharze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mischungen aus mehreren Dicarbonsäuredihydraziden zur Herstellung verwendet werden.909824/0207- \jT-
- 6. Heisshärtbare Imidharze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bisimid 4,4'-Bismaleinimidodiphenylmethan (I) und als Dihydrazid Terephthalsäuredihydrazid (II) im Molverhältnis zwischen 1,1 und 10, für die Bildung der neuen Imidharze verwendet werden.
- 7. Heisshärtbare Imidharze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Härtungskatalysator auf der Grundlage eines organischen Peroxids enthalten.
- 8. Heisshärtbare Imidharze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Härtungsverzögerer enthalten.909824/0207
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