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UV-härtbare Siliconüberzugsmassen, Verfahren
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zu deren Herstellung und deren Verwendung Die Erfindung bezieht sich
auf verbesserte UV-härtbare Siliconüberzugsmassen, insbesondere auf vorvernetzte
epoxyfunktionelle Polydiorganosiloxansilicon-Flüssigkeiten, die durch W-Strahlung
in Gegenwart bestimmter linearer Alkylatjodoniumsalze wirksam gehärtet werden.
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Diese W-härtbaren Siliconüberzugsmassen sind besonders geeignet für
Papiertrennanwendungen.
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Siliconmassen sind seit langem dazu verwendet worden, Oberflächen
nicht-haftend für Materialien zu machen, die normalerweise haften würden. Lange
mußten diese Siliconüberzüge als Dispersion in einem Lösungsmittel aufgebracht werden,
um die Viskosität des Uberzugsmaterials so zu steuern, daß sie für Überzugszwecke
geeignet waren. Doch ist dies, wenngleich das Lösungsmittel das Aufbringen des Überzugs
unterstützt, ein äußerst unwirksames Vorgehen, insofern, als das Lösungsmittel danach
verdampft werden muß. Das Verdampfen
des Lösungsmittels erfordert
einen hohen Energieaufwand. Außerdem machen es Maßnahmen zur Verringerung der Umweltverschmutzung
erforderlich, Lösungsmitteldämpfe in die Luft entweichen zu lassen. Entfernung und
Rückgewinnung allen Lösungsmittels zieht erheblichen Aufwand für die Apparatur und
Energie nach sich.
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So wurde festgestellt, daß ein Bedarf besteht, eine lösungsmittelfreie
überzugsmasse zu schaffen, die jedoch auf das Substrat leicht aufzubringen bleibt.
Solche lösungsmittelfreien überzugsmassen werden zuweilen als Massen mit 1100 %
Feststoffen" bezeichnet. Das Fehlen von Lösungsmittel in solchen Massen reduziert
die für die Härtung erforderliche Energiemenge und beseitigt die Notwendigkeit kostspieliger
Ausstattung zur Behebung der Umweltverschmutzung. Die Erfindung schafft eine lösungsmittel
freie vorvernetzte epoxyfunktionelle Polydiorganosiloxan-Flüssigkeit, die an einer
nicht-haftenden Oberfläche härtet, wenn sie mit einer wirksamen Menge eines lin.-Alkylat-diaryljodoniumsalzes
kombiniert und UV-Strahlung ausgesetzt wird.
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Trennüberzüge sind für viele Anwendungszwecke brauchbar, wenn es nötig
ist, eine Oberfläche oder Material, die bzw. das verhältnismäßig nicht-haftend ist,
an anderen Materialien, die normalerweise daran haften würden, zu schaffen. Silicon-Papiertrennmassen
finden breite Verwendung als Uberzüge, die druckempfindliche Kleber für Etiketten,
dekorative Laminate, Ubertragungsbänder usw.
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freisetzen. Silicon-freisetzende überzüge auf Papier, Polyäthylen,
Mylar und andere solche Substrate sind auch als nicht-klebende Oberflächen für die
Handhabung von Nahrungsmitteln und für industrielle Verpackungszwecke brauchbar.
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Werden beispielsweise Etiketten mit einem Kleber überzogen, ist es
wünschenswert, wenn die Papierunterlage vom Etikett leicht abzuziehen ist, wenn
es zur Verwendung fertig ist, doch sollte die Haftqualität des Etiketts nicht durch
die Tatsache in Frage gestellt sein, daß es von dem Substrat, auf dem es vorrätig
war, abgezogen worden ist. Das gleiche Prinzip gilt für bestimmte Arten von Klebebändern,
die in Rollen vorliegen. Das Band muß leicht abrollen und doch seine Klebeeigenschaften
beibehalten. Dies kann durch überziehen der nicht-haftenden Seite des Bandes mit
einer Silicontrennmasse geschehen, die mit dem Kleber in Berührung kommt, wenn die
Klebebandrolle hergestellt wird.
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Silicontrennmassen werden häufig als Dispersionen reaktiver Polysiloxane
in organischen Lösungsmitteln, wie Toluol, oder als Emulsionen in Wasser vertrieben.
Ein vernetzender Katalysator, auch als Härtungsmittel bekannt, wird dann dem Polysiloxan/Lösungsmittel-Gemisch
zugesetzt. Die überzugsmasse wird auf das Substrat aufgebracht, das durch einen
Ofen geführt wird, um die Trägerflüssigkeit zu verdampfen und das Silicon auf einer
nicht-haftenden oder "abhäsiven" Oberfläche zu härten. Wie oben bemerkt, ist dieses
Verfahren recht energieaufwendig, da es hohe Ofentemperaturen erfordert, um das
Lösungsmittel zu verdampfen und mit kommerziell brauchbaren Geschwindigkeiten zu
härten.
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Die Verwendung dieser auf Lösungsmitteln basierender Produkte wird
aufgrund steigender Energiekosten und zwingender Regelungen von Lösungsmittelemissionen
in die Atmosphäre zunehmend unattraktiv. Andere lösungsmittelfreie Silicontrennmassen,
wie in der P 30 18 674.4 beschrieben, richteten sich an das Umweltproblem der Kohlenwasserstoff-Emission,
erfordern aber immer noch hohe Ofentemperaturen für eine geeignete Härtung.
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Optimale Energieersparnis sowie die nötige ökologische Rücksicht ergeben
sich durch strahlungshärtbare Massen.
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Speziell ein durch W-Strahlung härtbares, zu 100 % festes Silicontrennsystem
beseitigt die Notwendigkeit hoher Ofentemperaturen und kostspieliger Lösungsmittelrückgewinnungssysteme
und ist daher brauchbar und kommerziell wünschenswert.
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W-härtbare Siliconmassen sind nicht unbekannt. Die US-PS 3 816 282
beschreibt eine bei Raumtemperatur vulkanisierbare Siliconmasse, in der Mercaptoalkylsubstituenten
an Polysiloxanen sich an vinylfunktionelle Siloxane nach einem Prozeß mit freien
Radikalen nach W -B:strahlung in Gegenwart von freie Radikale liefernden Photosensibilisatoren
addieren. Die in dieser Patentschrift beschriebenen speziellen Massen härten zu
langsam, um für Papiertrennzwecke brauchbar zu sein. Ferner läßt die Verwendung
von photoreaktiven Mercaptoalkylsubstituenten offensive Gerüche sowohl bei der Produktherstellung
als auch in den gehärteten Materialien entstehen.
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Die UV-Strahlung startet eine Vernetzung mit Hilfe freier Radikale
in Gegenwart gewöhnliche Photosensibilisatoren, die dem Fachmann auf dem Gebiet
der Strahlungshärtungsmechanismen wohlbekannt sind. Doch erfordern Siliconmassen,
die Photosensibilisatoren (wie Benzophenon) als Härter verwenden, auch Stabilisatoren
(wie Hydrochinon), um vorzeitige Reaktion zu verhindern und eine brauchbare Lebensdauer
zu liefern.
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Gewöhnlich erhältliche Photosensibilisatoren sind nur wenig löslich
in Polydimethylsiloxan-Flüssigkeiten, die das grundlegende Ausgangsmaterial für
Siliconüberzugsmassen sind. Geringe Löslichkeit macht Probleme bei der Auswahl dieser
nötigen Bestandteile. Eine weitere mit Systemen mit
freien Radikalen
verbundene Schwierigkeit ist die Sauerstoffhemmung, die es nötig macht, die überzogenen
Substrate unter einer inerten Atmosphäre zu halten, während bestrahlt wird, um innerhalb
einer brauchbaren Zeit zu härten. Die Verwendung einer inerten Atmosphäre macht
das Überziehen und das Härten kompliziert und kostspielig.
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Es wurde lun gefunden, daß W-härtbare epoxyfunktionelle Silicone,
die sich für Trennüberzüge eignen, in einem engen Bereich des Epoxygehalts und der
Viskosität liegen. Die Grenzen für diese Parameter ergeben sich aus der Notwendigkeit
des Aufbringens von 2,54 10 3 bis 7,62 x 10 3 mm (0,1 bis 0,3 mil) dicken Schichten
dieser Siliconflüssigkeiten auf verschiedene Substrate und aus der Notwendigkeit
für diese Mittel, beim Belichten mit W-Strahlung rasch zu härten und dabei gut am
Substrat zu haften.
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Die Forderung, daß diese epoxyfunktionellen Silicone in dünnen Überzügen
aufgebracht werden, zwingt dazu, daß die Flüssigkeiten von geringer Viskosität sind,
z.B. etwa 500 bis 25.000 cSt. Folglich müssen die epoxyfunktionellen Silicone niedermolekulare
Flüssigkeiten sein. Auch muß die Leistung des Härtungskatalysators hoch sein, um
genügend Vernetzung und die Bildung eines zähen, schmierfesten Überzugs zu bieten,
der am Substrat gut haftet.
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Das Erfordernis eines hochwirksamen Photoinitiators schränkt die Struktur
des Katalysators stark ein, da er sich auch gut in dem epoxyfunktionellen Silicon
lösen oder verteilen können muß.
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Epoxyfunktionelle Silicon-Papiertrennüberzugsmassen müssen gewöhnlich
Epoxygehalte von weniger als etwa 12 Gew.-% aufweisen, und zwar aufgrund der Endverwendungen,
denen solche Überzüge zugeführt werden, nämlich als nicht-haftende Oberflächen dienen,
die aggressive, druckempfindliche Kleber freizugeben vermögen. Wenn der Epoxygehalt
der Siliconmassen über etwa 12 Gew.-% liegt, ist zuviel Kraft erforderlich, um kleberbeschichtete
Gegenstände von den gehärteten Siliconüberzügen zu entfernen. Es sei jedoch bemerkt,
daß dies eine brauchbare Eigenschaft sein kann, wenn es wünschenswert sein sollte,
die Freigabeeigenschaften eines Klebers selektiv zu steuern.
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Die erfindungsgemäßen epoxyfunktionellen Polydiorganosiloxansiliconflüssigkeiten
sind im einzelnen Dialkylepoxy-kettenunterbrochene Polydialkyl-alkylepoxysiloxan-Copolymere,
worin die Polysiloxaneinheiten Niederalkylsubstituenten, insbesondere Methylgruppen,
enthalten.
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Die Epoxyfunktionalität wird erhalten. wenn bestimmte Wasserstoffatome
der Polysiloxankette eines Polydimethylmethylhydrogensiloxan-Copolymeren in einer
Hydrosilierungsadditionsreaktion mit anderen organischen Molekülen umgesetzt werden,
die sowohl äthylenische Unsättigung als auch Epoxidfunktionalität aufweisen. Äthylenisch
ungesättigte Vertreter addieren sich an ein Polyhydroalkylsiloxan unter Bildung
eines Copolymeren in Gegenwart katalytischer Mengen eines Platinmetalls. Eine solche
Reaktion ist der Härtungsmechanismus für andere Siliconmassen, doch kann erfindungsgemäß
ein gesteuertes Ausmaß dieses Vernetzens in einer Siliconvorstufenflüssigkeit oder
einer Zwischenstufe ablaufen, und dies wird als "Vorvernetzen" bezeichnet. Das Vorvernetzen
der Vorstufensiliconflüssigkeit bedeutet eine teilweise Vernetzung oder Härtung
der Masse und bietet bei der Erfindung die Vorteile rascher W-Licht-gestarteter
Härtung bei geringen
Energiekosten und unter Eliminieren der Notwendigkeit
eines Lösungsmittels.
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Die UV-härtbare epoxyfunktionelle Siliconzwischenstufenflüssigkeit
umfaßt eine vorvernetzte epoxyfunktionelle Dialkylepoxy-kettenunterbrochene Polydialkyl-alkylepoxysiloxan-Copolymer-Siliconflüssigkeit,
die das Reaktionsprodukt eines vinyl- oder allylfunktionellen Epoxids und einer
vinylfunktionellen Siloxan-Vernetzungsflüssigkeit mit einer Viskosität von etwa
10 3 bis 100 Pa s (etwa 1 bis 100.000 cP) bei 250C mit einer wasserstofffunktionellen
Siloxanvorstufenflüssigkeit mit einer Viskosität von etwa 10 3 bis 10 Pa.s (etwa
1 bis 10.000 cP) bei 250C in Gegenwart einer wirksamen Menge Edelmetallkatalysator
zur Ermöglichung oder Erleichterung einer Additionshärtungs-Hydrosilierungsreaktion
zwischen der vinylfunktionellen Vernetzungsflüssigkeit, dem vinylfunktionellen Epoxid
und der wasserstoffunktionellen Siloxanvorstufenflüssigkeit ist.
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Das vinyl- oder allylfunktionelle Epoxid kann eine cycloaliphatische
Epoxidverbindung sein, wie 4-Vinylcyclohexenoxid, Vinylnorbornenmonoxid und Dicyclopentadienmonoxid.
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Der Edelmetallkatalysator kann unter Platinmetallkomplexen ausgewählt
werden, wozu Komplexe von Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin
gehören.
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Der flüssige vinylfunktionelle Siloxanvernetzer kann unter Dimethylvinyl-kettenunterbrochenem
linearem Polydimethylsiloxan, Dimethylvinyl-kettenunterbrochenem Polydimethylmethylvinylsiloxan-Copolymer,
Tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxan und Tetramethyldivinyldisiloxan ausgewählt
werden. Die flüssige wasserstofffunktionelle
Siloxanvorstufe kann
unter Tetrahydrotetramethylcyclotetrasiloxan, Dimethylhydrogen-kettenunterbrochenem
linearem Polydimethylsiloxan, Dimethylhydrogen-kettenunterbrochenem Polydimethylmethylhydrogensiloxan-Copolymer
und Tetramethyldihydrodisiloxan ausgewählt werden.
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Wenn die oben beschriebenen flüssigen vorvernetzten epoxyfunktionellen
Siliconzwischenstufen mit einem geeigneten Bisaryljodoniumsalz kombiniert werden,
kann eine UV-Licht-Härtungsreaktion gestartet werden, um ein Endprodukt, wie einen
lösungsmittelfreien Silicontrennüberzug, zu bilden. Die Haftung dieser Massen an
einem Substrat kann durch Zugabe einer geringen Menge an 8-(3,4-Epoxycyclohexyl)äthyltrimethoxysilan
verbessert werden.
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Die erfindungsgemäßen W-härtbaren epoxyfunktionellen Siliconmassen
können dann auf Cellulose- oder andere Substrate, einschließlich Papier, Metall,
Folie, Glas, PEK-Papier, SCK-Papier, und Polyäthylen-, Polypropylen-und Polyesterfilme
aufgebracht werden. Eine UV-gestartete Reaktion härtet die erfindungsgemäßen epoxyfunktionellen
Siliconmassen und bildet eine nicht-haftende, abhäsive Oberfläche auf dem überzogenen
Substrat.
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Wenn diese vorvernetzte epoxyfunktionelle Siliconzwischenstufenflüssigkeit
mit einem geeigneten Bisaryljodoniumsalz kombiniert wird, kann eine UV-Härtung gestartet
werden, um ein Endprodukt, wie einen lösungsmittelfreien Silicontrennüberzug, zu
bilden.
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Erfindungsgemäße W-Licht-härtbare Siliconüberzugsmassen werden durch
Kombinieren eines Jodoniumsalzes, das eine W-Licht-gestartete Härtungsreaktion der
Siliconüberzugsmasse zu katalysieren vermag, mit einer vorvernetzten Dialkylepoxy-kettenunterbrochenen
Polydialkylalkyl-epoxysiloxansiliconflüssigkeit mit einer
Viskosität
von etwa 10 bis 10 Pa s (10 bis 10.000 cP) bei 250C erhalten.
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Der erfindungsgemäß bevorzugt verwendete W-Licht-Starter ist ein Diaryljodoniumsalz,
das sich von "lin.-Alkylat"-dodecylbenzol ableitet. Solche Salze haben die allgemeine
Formel
worin X = SbF6, AsF6, PF6 oder BF4. Diese Bis(4-dodecylphenyl)jodoniumsalze sind
sehr wirksame Starter für die Härtung vieler epoxyfunktioneller Silicone.
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"Linear-Alkylat"-dodecylbenzol ist im Handel bekannt und wird durch
Friedel-Craft's-Alkylierlmg von Benzol mit einem C11-C13-a-Olefinschnitt hergestellt.
Folglich enthält das Alkylat überwiegend verzweigtkettiges Dodecylbenzol, es können
aber tatsächlich große Mengen anderer Isomerer von Dodecylbenzol, wie Äthyldecylbenzol,
und Isomere von Undecylbenzol, Tridecylbenzol usw., vorliegen. Ein solches Gemisch
ist jedoch verantwortlich für den dispersiven Charakter des vom linearen Alkylat
abgeleiteten Katalysators und hilft mit, das Material flüssig zu halten. Diese Katalysatoren
sind freifließende viskose Flüssigkeiten bei Raumtemperatur.
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Diese neuen Bisdodecylphenyljodoniumsalze (II) sind tiefgreifend verschieden
von früher charakterisierten Diaryljodoniumsalzen (1). Sie sind in Pentan löslich
und in Wasser unlöslich. Die Verbesserungen in der Löslichkeit
und
der katalytischen Wirksamkeit dieser verzweigtkettig substituierten Salze werden
weiter unterstrichen durch Vergleich mit analogen Salzen, hergestellt aus geradkettigem
n-Tridecylbenzol und n-Dodecylbenzol. Zwei Beispiele dieser Salze sind Bis(4-n-tridecylphenyl)-jodoniumhexafluoantimonat
und Bis (4-n-dodecylphenyl) -jodoniumhexafluoantimonat, die lange lineare Kohlenwasserstoffketten
haben. Diese Salze (I) sind im Gegensatz zu den neuen Salzen (II) wachsartige Feststoffe,
die weder in Pentan noch in Wasser löslich sind und sich in den in den erfindungsgemäßen
Überzugsmassen verwendeten epoxyfunktionellen Siliconen nur sehr mäßig verteilen.
Diese Katalysatoren bieten sehr träge UV-Härtungen, wenn sie für Trennüberzüge verwendet
werden.
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Die UV-härtbaren Siliconüberzugsmassen gemäß der Erfindung verwenden
neue epoxyfunktionelle Siliconflüssigkeiten, die auf verschiedene Weisen hergestellt
werden können. Epoxidverbindungen, wie 4-Vinylcyclohexenoxid der folgenden Formel
können mit Si-H-funktionellen Polysiloxanen kombiniert werden. Eine zusätzliche
Härtungsreaktion, auch als Hydrosilierung bekannt, kann zwischen den funktionellen
Vinylgruppen und den Si-H-Gruppen stattfinden. Es sollte klar sein, daß die Siliconüberzugsmasse
eine "Vorvernetzung" erfährt, bevor der UV-Katalysator der Masse zugesetzt wird.
Vorvernetzung bezieht sich auf die Fähigkeit der funktionellen Si-H-Gruppen, mit
den Vinylgruppen von Dimethylvinyl-unterbrochenen linearen Polydimethylsiloxanflüssigkeiten
oder von anderen vinylhaltigen
Polysiloxanen zu reagieren und dient
dem nützlichen Zweck, eine Masse zu liefern, die zu ihrem abhäsiven Endzustand unter
viel geringerem Energieaufwand gehärtet werden kann, als für eine Masse nötig wäre,
die nicht so vorvernetzt ist.
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Mit anderen Worten erfordern gewöhnliche Siliconüberzugsmassen großen
Energieaufwand, wie hohe Ofentemperaturen, um das Produkt zum Endzustand zu härten.
Die Erfindung wendet jedoch eine epoxyfunktionelle Zwischenstufenflüssigkeit an,
die bereits einen gewissen Grad an Vorvernetzung oder Hydrosilierung erfahren hat,
so daß nur geringe Mengen UV-Strahlung nötig sind, in Gegenwart der ebenfalls vorgesehenen
Jodoniumsalzstarter zum Endzustand zu härten.
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Die epoxyfunktionellen Silicone können aus anderen vinyl-oder allylfunktionellen
Epoxyverbindungen mit olefinischen Resten, wie Allylglycidyläther oder Glycidylacrylat,
Vinylnorbornenmonoxid und Dicyclopentadienmonoxid, hergestellt werden. Wenngleich
Cyclohexylepoxyverbindungen besonders brauchbar sind, können auch andere vinylfunktionelle
cycloaliphatische Epoxyverbindungen verwendet werden, ohne die Eigenschaften des
Produkts wesentlich zu ändern.
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Der Rahmen der Erfindung ist nicht auf die in den Beispielen verwendeten
4-Vinylcyclohexenoxide beschränkt.
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Die flüssigen epoxyfunktionellen Siloxanzwischenstufen können nach
verschiedenen Wegen hergestellt werden. Die folgenden Beispiele veranschaulichen
mehrere dieser Verfahren, die Erfindung ist natürlich aber nicht auf diese Beispiele
beschränkt. Der Fachmann ist in der Lage, nach diesen Beispielen weitere flüssige
epoxyfunktionelle Siliconzwischenstufen zur Verfügung zu stellen.
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Beispiel 1 470 g eines flüssigen Dimethylvinyl-kettenunterbrochenen
linearen Polydimethylsiloxans mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von
62.000 wurden mit 54 g 4-Vinylcyclohexenoxid und 0,2 g Lamoreaux-Katalysator (H2PtCl6
in Octylalkohol), in der US-PS 3 220 972 beschrieben, gemischt. Diese Materialien
wurden in 550 g Hexan gelöst, dann wurden 30 g Tetramethylcyclotetrasiloxan (MeHSiO)4
der obigen Lösung langsam zugesetzt.
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Das vollständige Gemisch wurde 3 h bei 70°C rückflußgekocht. Das Lösungsmittel
Hexan wurde bei 60 0C unter Vakuum abgezogen, was eine trübe Flüssigkeit mit einer
Viskosität von 0,875 Pa s (875 cP) als epoxyfunktionelles vorvernetztes Siliconprodukt
ergab.
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Beispiel 2 300 g eines flüssigen Dimethylhydrogen-kettenunterbrochenen
linearen Polydimethylsiloxans mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von
6.000 wurden mit 0,2 g Lamoreaux-Platinkatalysator kombiniert und in 200 g Hexan
gelöst. Ein Gemisch aus 4,2 g Tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxan (MeViSiO)4
und 7,6 g 4-Vinylcyclohexenoxid wurden zu der gerührten Lösung getropft. Das vollständige
Reaktionsgemisch wurde 2 h bei 70°C rückflußgekocht. Nach Abziehen des Lösungsmittels
war die epoxyfunktionelle Siliconzwischenstufe eine klare gelbbraune Flüssigkeit
mit einer Viskosität von 0,8 Pa s (800 cP).
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Beispiel 3 Ein flüssiges epoxyfunktionelles Silicon mit verbesserter
Lebensdauer und Leistung, verglichen mit Beispiel 1 und 2,
kann
erhalten werden durch Kombinieren von 18,8 g 4-Vinylcyclohexenoxid mit 0,05 g Platinkatalysator
und 7,0 g eines Dimethylvinyl-kettenunterbrochenen Polydimethylmethylvinylsiloxan-Copolymeren
mit 6,4 % Methylvinyl-Substitution und einer Viskosität von 0,1 Pas (100 cP). Diese
Materialien wurden in 300 g Hexan in einem 2 l-Kolben gelöst, dem 300 g eines Dimethylhydrogen-kettenunterbrochenen
Polydimethylmethylhydrogensiloxan-Copolymeren mit insgesamt 2,85 % Si-H-Einheiten
und einer Viskosität von 0,1 Pa s (100 cP) zugesetzt wurde. Diese Flüssigkeit wurde
langsam zur gerührten Hexanlösung über 90 min gegeben. Nach beendeter Zugabe wurde
das Reaktionsgemisch 8 h bei 70°C rückflußgekocht. 3,0 g 1-Octen wurden dem Reaktionsgemisch
zu diesem Zeitpunkt zugesetzt und es wurde 18 h weiter rückfluogekocht.
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Das Lösungsmittel Hexan wurde wie oben beschrieben abgezogen, und
ein klares Produkt mit einer Viskosität von 0,38 Pa s (380 cP) blieb zurück, das
einen Epoxygehalt von 5,8 % in Form von 4-Vinylcyclohexenoxid aufwies.
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Die IR-Analyse des Produkts wies kein verbliebenes freies MeH nach,
da das 1-Octen als wirksamer Abfänger wirkt.
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Beispiel 4 In einem 2 l-Kolben mit 300 g Hexan wurden 11,0 g 4-Vinylcyclohexenoxid
und 0,05 g Platinkatalysator zusammen mit 15 g der in Beispiel 3 beschriebenen funktionellen
Vinylflüssigkeit gelöst. Diesem Gemisch wurden 300 g eines Dimethylhydrogen-kettenunterbrochenen
Polydimethylmethylhydrogensiloxan-Copolymeren mit einer Viskosität von 0,125 Pa
s (125 cP), das 1,75 % Methylhydrogeneinheiten enthielt, zugesetzt. Dieses Gemisch
wurde dann langsam zur gerührten Hexanlösung über 30 min zugesetzt und das Reaktionsgemisch
8 h bei 70°C rückflßgekocht. Zu diesem Zeitpunkt wurden 0,2 % MeH als nicht umgesetzt
nachgewiesen, so daß 6 g 1-Hexen als Abfänger zugesetzt wurden und
weitere
16 h rückflußgekocht wurde, worauf kein nicht umgesetztes MeH nachzuweisen war.
Das Lösungsmittel wurde entfernt, und ein klares flüssiges Produkt von 0,312 Pa
s (312 cP) Viskosität mit 3,4 Gew.-% Epoxyanteil in Form von 4-Vinylcyclohexenoxid
blieb zurück.
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Es ist wünschenswert, eine so geringe Menge an nichtumgesetzten funktionellen
Si-H-Gruppen wie möglich im Endprodukt zu haben, da diese Si-H-funktionellen Flüssigkeiten
rasch zu einem Gel altern, wenn sie der atmosphärischen Feuchtigkeit in Gegenwart
katalytischer Platinmengen ausgesetzt sind. Durch Zusatz einer geringen Menge eines
tiefsiedenden n-Alkens, wie von Octen und Hexen, wie in den obigen Beispielen 3
und 4 beschrieben, während der Hydrosilierung wirken diese Alkene als MeH-Abfänger
und reduzieren nicht-umgesetztes MeH auf eine nicht nachweisbare Menge, ohne das
Produkt anderweitig zu beeinträchtigen. Überschüssiges Alken wird dann während des
Vorgangs des Lösungsmittelabziehens leicht entfernt.
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Die obigen Beispiele sind eine beschränkte Demonstration des Umfangs
und der Vielseitigkeit der im Verlauf der Erfindung entwickelten Epoxysiliconsynthese.
Es wurde gefunden, daß die Zugabe geringer Mengen flüssiger vinylfunktioneller Dimethylsilicone
zum Vinylepoxid während der Hydrosilierung der wasserstoffunktionellen flüssigen
Vorstufen nicht nur das für eine brauchbare Leistung des Produkts wesentliche Vorvernetzen
liefert, sondern auch ein wirksamer Weg zur Steuerung der Viskosität der oben beschriebenen
flüssigen epoxyfunktionellen Siliconzwischenstufen ist.
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Die erfindungsgemäße epoxyfunktionelle Siliconüberzugsmasse wird zu
ihrem endgültigen abhäsiven Zustand mit einer wirksamen Menge UV-Strahlung gehärtet.
Um eine solche Härtung zu bewirken, wird e n kationischer W-Katalysator in die funktionelle
Epoxidflüssigkeit eingebracht.
Für die Zwecke der Erfindung wurde
gefunden, daß ein Bisaryljodoniumsalz, das einen linearen Alkylatdodecyl-Substituenten
enthält, ein sehr wirksamer W-Starter ist. Besonders wirksam ist z.B. Bis(4-dodecylphenyl)jodoniumhexafluoantimonat
der Formel (II), das wie folgt synthetisiert werden kann: ein 2 l-Dreihalsrundkolben
wurde mit einem mechanischen Rührer, einem Thermometer, einer Stickstoffeinführung
und einem druckausgleichenden Zugabetrichter versehen. In diesen Reaktionskolben
wurden etwa 100 Gewichtsteile lin.-Alkylatdodecylbenzol gegeben. Dem wurden etwa
30 bis 60 Gewichtsteile Kaliumjodat und etwa 60 bis 100 Gewichtsteile Essigsäureanhydrid
sowie etwa 150 bis 200 Gewichtsteile Eisessig zugesetzt. Das Gemisch im Reaktionskolben
wird kontinuierlich gerührt und auf eine Temperatur von etwa -10 bis +100C gekühlt.
Hierfür ist ein Trockeneis-Aceton-Bad wirksam. Etwa 80 bis 120 Gewichtsteile einer
Säurelösung werden dem Inhalt des Reaktionskolbens zu einem Reaktionsgemisch zugesetzt.
Die Säurelösung kann ein Gemisch konzentrierter Schwefelsäure und zusätzlichen Eisessigs
sein. Die Säurelösung kann ein Gemisch von etwa 12 bis 60 Gew.-% konzentrierter
Schwefelsäure und etwa 40 bis 80 Gew.-% Eisessig sein. Dieses Säurelösung wird dem
Reaktionsgemisch in einer Geschwindigkeit zugesetzt, die die Temperatur des Reaktionsgemischs
bei etwa -5 bis +5 0C hält. Nach beendeter Zugabe wird ein dicker orange-farbener
Brei erhalten, und dieses Reaktionsgemisch kann für etwa 2 bis 4 h bei OOC langsam
gerührt werden.
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Das Reaktionsgemisch kann sich dann langsam auf etwa 20 bis 300C erwärmen,
und es wird etwa 8 bis 15 h weiter gerührt.
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Nähert sich die Temperatur des Reaktionsgemischs 20°C, können mäßig
exotherme Reaktionen eintreten, diese können
aber rasch durch
Wiedereintauchen des Reaktionskolbens in das Kühlbad gesteuert werden. Das Reaktionsgemisch
wird dann mit etwa 500 bis 1000 Gewichtsteilen Wasser verdünnt, und diesem gerührten
Gemisch wurden etwa 5 bis 10 Gewichtsteile Natriumbisulfat oder ein anderes Bisulfat
eines Metalls der Gruppe Ia oder IIa zugesetzt.
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Etwa 30 bis 60 Gewichtsteile Natriumhexafluoantimonat werden zu dem
Reaktionsgemisch gegeben. Diesem Gemisch werden etwa 100 bis 150 Teile Pentan zugesetzt,
und es wird im Dunklen etwa 2 bis 4 h gerührt. Dann werden die wässrige und die
nicht-wässrige Schicht getrennt. Ein Scheidetrichter kann verwendet werden. Nach
der Trennung kann die wässrige Schicht mit zusätzlichem Pentan weiter extrahiert
werden. Die Pentanextrakte werden dann mit der nicht wässrigen Schicht vereinigt,
und dieses Gemisch wird mit frischem Wasser gewaschen und dann im Vakuum zu einem
rötlich-braunen bl eingeengt. Dieses Öl wird dann im Dunkeln aufbewahrt. Das öl
ist ein etwa 50 % reines Reaktionsgemisch von Bis Bis(4-dodecylphenyl)jodoniumhexafluoantimonat.
Wenngleich die Synthese nach dem oben beschriebenen Verfahren ein nur etwa 50%ig
reines Bisaryljodoniumsalz liefert, ist dennoch das Salz recht wirksam zum Starten
einer UV-Härtungsreaktion der erfindungsgemäßen epoxyfunktionellen Siliconüberzugsmasse,
und eine weitere Reinigung ist, wenngleich nützlich, nicht erforderlich.
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Natürlich können weitere wirksame W-Startersalze der Formel (II) durch
kleinere Änderungen bei der Synthese hergestellt werden. Beispielsweise kann das
Natriumhexafluoantimonat durch Salze ersetzt werden, die AsF6, PF6 oder BF4 enthalten,
um einen Starter der Formel (II) zu liefern.
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Beispiel 5 Anfängliche Härtungsuntersuchungen erfolgten in der folgenden
Weise: epoxyfunktionelle Silicone wurden hergestellt, wie oben für die Beispiele
1 und 2 beschrieben, und wurden mit 2 Gew.-% eines kationischen W-Katalysatorsalzes
der Formel (II) behandelt, indem die beiden Substanzen gründlich gemischt wurden.
Die Leistungsfähigkeit oder Wirksamkeit der durch die Formel (II) bezeichneten UV-Katalysatoren
im Vergleich mit den durch die Formel (I) bezeichneten UV-Katalysatoren ist aus
Tabelle I zu ersehen. Für jeden in Tabelle I aufgeführten Versuch bezeichnet die
Überschrift "Synthese" die Art und Weise, in der die verwendete flüssige epoxyfunktionelle
Vorstufe hergestellt wurde. Die Überschrift "Gew.-% Epoxy" bezieht sie auf die Gew.-%
an Epoxyfupktionalität in dem gewählten flüssigen epoxyfunktionellen Silicon. Die
vollständigen Gemische flüssiger epoxyfunktioneller Silicone und von UV-Katalysatorsalzen
wurden dann auf Glasplatten in Schichten von etwa 0,051. mm (etwa 2 mil) aufgebracht.
Die Überzüge wurden einer einzigen GE H3T7-Mitteldruck-Quecksilberbogenlampe ausgesetzt,
die in einem Abstand von 12,7 cm (5") von der Probe angebracht war. Die Proben wurden
alle in normaler Atmosphäre bestrahlt, da Inertgas-Schutzpolster für dieses Härtungssystem
nicht erforderlich ist. Der Ausdruck "Härtung" in der folgenden Tabelle ist definiert
als Bildung eines klebfreien festen Überzugs.
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Tabelle I Probe Synthese Viskosität Gew.-% UV-Katalysator und 10
Pa s (cP) Epoxy Härtungszeit (I! ~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~ (1) (11) A Beisp.
1 875 9,75 leichtes Härten, GelierEn 10 s nach 10 s B Beisp. 2 100 3,8 kein Härten,
Härten, 10 s 10s C Beisp. 2 800 2,4 Härten, Härten, 10 s 10 s D Beisp. 2 143 2,9
kein Härten, Härten, 10 s 10 s Beispiel 6 Die Leistung von Bis(dodecylphenyl)jodoniumhexafluoantimonat
als UV-Katalysator für dünne Uberzüge aus epoxyfunktionellen Siliconen, aufgebracht
auf typische Trenn-oder Freigabesubstrate,kann auch ermittelt werden. Überzugsgemische
aus mehreren epoxyfunktionen Siliconen mit 2 Gew.-% des Bis (dodecylphenyl) jodoniumhexafluoantimonats
wurden hergestellt, wie in Beispiel 5 oben beschrieben, und wurden als Überzüge
von etwa 0,0127 mm (etwa 0,5 mil) auf superkalandertes Kraft-Papier (SCK), Polyäthylen-Kraft-Papier
(PEK) und Mylar-Substrate mit Hilfe einer Rakel aufgebracht. Die Proben wurden dann
mit einer H377 UV-Lampe bei einem Abstand von 12,7 cm (5") von der überzogenen Oberfläche
bestrahlt, bis ein klebfreier Überzug erhalten war. Die anfallenden Filme wurden
dann auf ihr Vermögen als Trenn- bzw. Freigabemittel geprüft, indem ihr Abrieb,
Schmieren, Wanderung und Freigabeeigenschaften nach dem Fachmann auf diesem Gebiet
wohlbekannten Techniken qualitativ bestimmt wurden.
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Ein Abreiben tritt ein, wenn ein Siliconüberzug nicht am Substrat
haftet und in Kügelchen gehärteten Silicons durch leichten Fingerdruck abgerieben
werden kann. Ein Schmieren ist in einem unvollständig gehärteten Überzug nachzuweisen,
wenn ein auf den Siliconfilm fest gepreßter Finger einen offensichtlichen permanenten
Streifen hinterläßt. Ein Wandern wird nach dem Scotch-Cellophanband-Test nachgewiesen.
Der Überzug wird als gut gehärtet und frei von Wanderung angesehen, wenn ein Stück
Scotch-Band Nr. 610 an sich selbst klebt, nachdem es zuerst fest in den Siliconüberzug
eingedrückt und dann entfernt und doppelt auf sich selbst gelegt wird. Wenn sich
zeigt, daß ein Siliconüberzug nach dem Scotch-Band-Test frei von Wanderung ist,
wird er als Trennüberzug angesehen, weil er am Substrat mit einer viel größeren
Adhäsionskraft haftet als der Adhäsionskraft zwischen der gehärteten Masse und dem
freigegebenen aggressiven Scotchband. Diese qualitativen Tests werden universell
eingesetzt, um die Vollständigkeit der Härtung von Siliconpapiertrennüberzügen zu
ermitteln.
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Alle Proben der in Tabelle II aufgeführten epoxyfunktionellen Siliconflüssigkeiten
härteten zu schmier- und wanderungsfreien nicht-haftenden Oberflächen auf den drei
Substraten (SCK, PEK und Mylar), getestet innerhalb etwa 10 bis 15 s Bestrahlung
von der einzigen UV-Lampe bei Katalyse mit den 2 Gew.-% rohem Jodoniumsalz der Formel
(II). Ferner wurde gefunden, daß ein Abreiben der gehärteten Überzüge auf SCK minimal
gehalten werden kann, wenn das Substrat schwach erwärmt wird. Da jedoch Quecksilberlampen,
wie sie für W-Härtungen verwendet werden, beträchtliche Wärme entwickeln, ist unter
diesen Bedingungen das Abreiben von Cellulosesubstraten kein Problem.
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In der folgenden Tabelle bezeichnet "Synthese" wiederum das Verfahren,
nach dem das flüssige epoxyfunktionelle Silicon hergestellt wurde.
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Tabelle II Probe Synthese Viskosität Gew.-% Härtungsgeschwindigkeit,
s 10 Pa s (cP) Epoxy SCK PEK Mylar A Beisp. 1 782 10,8 10-15 10-15 10-15 B Beisp.
3 950 15,3 10-15 5 10-15 C Beisp. 3 95 12,2 kein Här- 15 15 ten (schmiert) Die geringe
Viskosität des bei der Probe C verwendeten Silicongemischs ließ es in die Oberfläche
des SCK-Papiers so weit eindringen, daß eine gute Härtung verhindert wurde. Alle
getesteten Proben zeigten ausgezeichnete Härtung auf PEK,ohne daß Haftungsförderer
nötig wären.
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Dieses charakteristische Verhalten dieses Systems ist recht bedeutsam,
weil wärmegehärtete lösungsmittelfreie Standard-Silicontrennmittel auf den meisten
Polyäthylen-oder Polypropylenfilmen bei Ofentemperaturen, die niedrig genug sind,
um zerstörerischen Abbau dieser Substrate zu verhindern, nicht gehärtet werden können.
Kurze W-Bestrahlung jedoch härtet die hier beschriebenen Epoxysilicon-Trennmittel
ohne Beeinträchtigung der Substrate.
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Weitere W-Härtungsuntersuchungen können unter Verwendung eines P.P.G.-UV-Behandlungsgeräts,
Modell 1202 AN, erfolgen. Diese P.P.G.-Vorrichtung verwendet zwei Hanovia-Mitteldruck-auecksilberdampf-W-Quellen,
die 31 W/cm2 (200.W/in2) fokussierte Energie auf die bestrahlten Oberflächen abgeben.
Proben, die UV-Strahlung ausgesetzt werden sollen, werden auf einem starren Trägerboden
befestigt und dann unter den Lampen auf einem Förderband hindurchgeführt, das mit
verschiedenen Geschwindigkeiten von etwa 1,52 bis 152 m/min (etwa 5 bis 500 Fuß/min)
läuft. Da die fokussierte Lampenstrahlung auf eine Fläche von etwa
15,24
cm (etwa 6") Breite auf dem sich bewegenden Förderband beschränkt ist, variieren
die Bestrahlungszeiten von etwa 0,06 bis 6 s für jeden Einzeldurchgang unter den
Lampen.
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Beispiel 7 Das folgende Beispiel veranschaulicht weiter das Härtungsverhalten
der erfindungsgemäßen flüssigen epoxyfunktionellen Silicone. Überzugsbäder der jeweiligen
Flüssigkeiten wurden mit 1 Gew.-% Bis(4-dodecylphenyl)jodoniumhexafluoantimonat
katalysiert. Diese Flüssigkeiten wurden mit einer Rakel von Hand auf Abschnitte
aus PEK, SCK oder Mylar von 10,2 x 25,4 cm (4 x 10") aufgebracht, die zuvor auf
einem Träger befestigt worden waren. Die überzogenen Substrate wurden dann auf das
Förderband gebracht und den UV-Lampen des P.P.G.-Geräts für verschieden lange Bestrahlungszeiten
bestrahlt, je nach der angewandten Bandgeschwindigkeit. Nach dem Bestrahlen wurden
die aufgetragenen Flüssigkeiten qualitativ auf den Härtungsgrad geprüft, indem das
Vorliegen oder das Fehlen von Schmieren, Wandern, Abreiben, wie oben beschrieben,
ermittelt wurde. Da das P.P.G.-UV-Gerät den Versuchsproben erheblich mehr Strahlungsenergie
liefert als die in den früheren Beispielen verwendete einzelne H3T7-W-Lampe, sind
die für diese Versuchstrennmassen beobachteten Härtungszeiten viel kürzer als die
oben berichteten. Tabelle III führt die Härtungszeit in s für epoxyfunktionelle
Siliconflüssigkeiten auf, die verschiedene Mengen Epoxyfunktionalität als Gew.-%
4-Vinylcyclohexenoxid enthalten. In der Tabelle bezieht sich die Überschrift Gew.-O
Vinyl" auf die geringe Menge an vinylfunktionellen Dimethylsilicon-Flüssigkeiten,
die dem Vinylepoxid während der Hydrosilierungsreaktion der wasserstoffunktionellen
Vorstufenflüssigkeiten zugesetzt
werden können. Es hat sich gezeigt,
daß der Zusatz der geringen Menge an vinylfunktioneller Siliconflüssigkeit ein ausgezeichneter
Weg ist, niedrigviskose Produkte zu erhalten. Der Tabelle ist zu entnehmen, daß
die Viskosität der epoxyfunktionellen Flüssigkeiten, wie oben beschrieben, direkt
vom Epoxygehalt und dem Grad der über die Vinylflüssigkeit ermöglichten Vorvernetzung
abhängig ist. Viskositäten von etwa 0,3 bis 1 Pa s (300 bis 1000 cP) werden für
die Anwendungszwecke lösungsmittelfreien Silicons am meisten bevorzugt. Ausnahmsweise
schnelle Härtungen werden auf Polyäthylensubstraten festgestellt, wenn der Epoxygehalt
nur 3 % ist. Die Härtungsgeschwindigkeit auf SCK und Mylar war etwa gleich. So ist
klar, daß die Härtungsgeschwindigkeit dem Epoxygehalt direkt proportional ist, und
eine ganz entscheidende Erhöhung der Härtungsgeschwindigkeiten zeigt die Probe E,
wo der Epoxygehalt über 20 % war. Wie oben bemerkt, gibt es auch eine Beziehung
zwischen der Härtungsgeschwindigkeit und dem Grad der durch die Verwendung von vinylfunktionellen
Flüssigkeiten bei der Synthese in die epoxyfunktionelle Siliconzwischenstufe eingeführten
Vorvernetzung. Größere Mengen dieser vinylfunktionellen Flüssigkeiten erhöhen die
Härtungsgeschwindigkeiten beträchtlich. Das Einführen dieser vorvernetzenden Materialien
dient dazu, die Verdünnung der Härtungsleistung minimal zu halten, die sich sonst
aus der Senkung der Meng e des in diesen Massen vorhandenen Epoxids ergeben würde.
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Tabelle III Probe Gew.-t Gew.-° Viskosität Härtungszeit in s Epoxy
Vinyl 10 3Das <cP) SCK PEK Mylar A 7,8 2,1 670 1,0 0,2 1,0 B 6,1 0 280 1,5 0,4
1,5 C 5,8 2,1 350 1,0 0,2 1,0 D 5,75 2,4 675 1,5 0,4 2,0 E 26,0 0 1200 <0,1 <0,1
cm,1 F 3,4 4,6 312 1,5 0,6 3,0 G 2,9 5,8 800 3,0 1,0 5,0 Beispiel 8 Um die Brauchbarkeit
dieser epoxyfunktionellen Siliconmassen als Papiertrennmittel besser zu bewerten,
können auch quantitative Messungen der Trenneigenschaften gehärteter Überzüge dieser
Materialien bei Kontakt mit gewöhnlichen aggressiven Klebern erfolgen. Dafür wurden
Massen nach der in den Beispielen 3 und 4 beschriebenen Synthese hergestellt. Dünne
Überzüge dieser Massen wurden mit 1 Gew.-% Bis(4-dodecylphenyl)jodoniumhexafluoantimonat
katalysiert und auf SCK mit einer Rakel aufgebracht und dann 1,5 s UV-Licht im P.P.G.-Gerät
ausgesetzt. Zwei Streifen eines 2,54 x 15,24 cm (1 x 6") messenden naßfesten Klebebandes
(Curity Wet-Pruf Adhesive Tape Nr. 3142) wurden auf die gehärteten Epoxysiliconüberzüge
aufgebracht und durch zweimaliges Überrollen mit einer 2,2 kg (4,85 lbs) Gummiwalze
auf ihren Platz gepreßt. Ein gleich großes Bandstück wurde am Oberende eines der
bereits im Kontakt mit der Siliconschicht stehenden Bänder befestigt. Diese Schicht
war eine Blindprobe oder Kontrolle. Das so hergestellte Laminat wurde dann 20 h
in einem Ofen bei 600C (140 0F) gealtert. Nach der Entnahme aus dem Ofen konnten
sich
die Testlaminate auf Raumbedingungen von 23,30C (740F) und 50 % relativer Feuchtigkeit
abkühlen.
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Das Kontrollband wurde sorgfältig von der rsckwärtigen Lage des Testbandes
entfernt und au r e nem sauberen "Q"-Blech aus rostfreiem Stahl befestigt. Die Kraft,
die erforderlich war, um die Teststreifen von der Siliconoberfläche zu entfernen,
wurde dann ermittelt, indem das Band von der gehärteten Epoxysiliconoberf1äche mit
30,48 cm/min auf einer Instron-Testvorrichtung abgezogen wurde, und die erforderliche
Kraft wurde in g aufgezeichnet. Nach dem Entfernen der Teststreifen von den Silicontrennoberflächen
wurde einer der beiden Teststreifen neben dem Kontrollstreifen auf dem "Q"-Blech
aus rostfreiem Stahl befestigt. Die Kraft, die erforderlich war, um sowohl den Kontrollstreifen
als auch die delaminierten Teststreifen von der rostfreien Stahloberfläche zu entfernen,
wurde aufgezeichnet. Der Prozentsatz der späteren Haftung (% SH) kann durch Vergleich
der aufgezeichneten Ergebnisse für die Test- und Kontrollstreifen berechnet werden,
wobei % SH gleich dem Quotienten aus Test durch Kontrolle ist. 90 % SH oder besser
demonstriert, daß keine erhebliche Wanderung von Silicon auf den Kleber stattfand.
Dies ist eine quantitative Variante des früher beschriebenen Scotchband-Wanderungstests.
Testergebnisse für verschiedene Proben mit einer Korrelation zwischen % SH und %
Epoxygehalt sind in Tabelle IV zu finden, wo % Epoxy wiederum die Epoxyfunktionalität
in Form von 4-Vinylcyclohexenoxid betrifft.
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Tabelle IV Probe % Epoxy Trennung in g für % SEI 6 ~~~~~~~~ 6 Proben
~~~~~~ A 2,9 20-45 90 B 3,4 20-40 90 C 5,8 25-40 100 D 7,8 35-50 100 E 11,0 70-100
100 26,0 350-400 100 C 37,0 350-500 100 im Vergleich ergeben lösungsmitteldispergierte
Standardsilicontrennmittel typischerweise eine Trennung von 40 bis 70 g unter diesen
Bedingungen, so wird deutlich, daß die erfindungsgemäßen epoxyfunktionellen Dimethylsilicon-Flüssigkeiten
mit UV-Licht zur Bilaung nichthaftender Oberflächen mit annehmbarer Trennleistung
gehärtet werden können, wenn der Epoxygehalt auf etwa 8 % oder darunter begrenzt
wird. Natürlich wären bei AnwenduncTen, bei denen höhere gesteuerte Trennung erwünscht
ist, epoxyreiche Massen brauchbar. D Erfindung macht einen großen Bereich von Trenneigenschaften
durch einfaches Manipulieren des Epoxygehalts in den hier beschriebenen epoxyfunktionellen
Siliconen verfügbar.
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Die Haftung UV-gehärteter Papiertrennmassen an einem Substrat kann
durch Zusatz einer geringen Menge an ß-(3,4-Epoxycyclohexyl)äthyltrimethoxysilan
der folgenden Formel
während der Hydrosilierungszuqabe der vinylfunktionellen Epoxide
zu den flüssigen Si-H-Vorstufen, wie oben in Beispiel 7 beschrieben, verbessert
werden. Der Zusatz dieser Epoxyverbindung verbessert insbesondere die Haftung der
gehärteten Epoxysiliconfilme an Cellulosesubstraten.
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So kann eine neue epoxyfunktionelle, UV-härtbare Silicon-Papiertrennflüssigkeit
wie folgt synthetisiert werden: Beispiel 9 60 g flüssigen, Dimethylvinyl-kettenunterbrochenen
linearen Polydimethylsiloxans mit einer Viskosität von 0,220 pa.s (220 cP) werden
mit 30 g 4-Vinylcyclohexenoxid und 5 y - (3, 4-Epoxycyclohexyl) äthyltrimethoxysilan
zusammen mit 0,05 g Platinkatalysator vereinigt. Diese Materialien werden in 400
g Hexan in einem 2 l-Kolben gelöst. In den Kolben werden 300 g eines Dimethylhydrogen-kettenunterbrochenen
Polydimethylmethylhydrogensiloxan-Copolymeren mit insgesamt 4, Gew.-% Si-H-Einheiten
gegeben. Dieses Material wird langsam zur gerührten Hexanlösung über 40 min gegeben.
Nach dieser Zugabe wird das vollständige Reaktionsgemisch 2 h bei 730C rückflußgekocht
und 10 g n-Hexen werden als Abfänger zugesetzt. weitere 16 h wird voll rückflußgekocht.
Abziehen des Hexans und überschüssigen Hexens bei 80 0C unter Vakuum hinterließ
eine klare viskose Flüssigkeit mit einer Viskosität von 0,600 Pa-s (600 cP), die
7,6 Gew.-% Epoxid (in Form von 4-Vinylcyclohexenoxid) enthielt,und die IR-Analyse
vermochte nicht-umgesetzte Si-H-Gruppen nicht nachzuweisen.
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Eine weitere Probe wurde genau wie oben beschrieben hergestellt, doch
wurde in diese Synthese kein R-(3,4-Epoxycyclohexyl)äthyltrimethoxysilan einbezogen.
Diese beiden Produkte wurden mit 1,5 Gew.-% Bis(4-dodecylphenyl)jodoniumhexafluoantimonat
katalysiert und dann auf
40 lbs.-SCK-Papier mit einer Rakel aufgetragen
und im P.P.G.-UV-Gerät UV-gehärtet. Die das Silan (IV) umfassende Masse konnte zu
einem schmier- und wanderungsfreien Haftüberzug gehärtet werden, der wenig Neigung
zeigte, vom Papiersubstrat abgerieben zu werden, und zwar in etwa 0,15 s UV-Bestrahlung.
Im Gegensatz dazu brauchte die identische Flüssigkeit, der lediglich der Silankuppler
(IV) fehlte, wenigstens 1,0 s W-Bestrahlung, um das unbefriedigende Abreiben der
sonst gehärteten Überzüge von den SCK-Substraten zu verlieren. So erlaubt die Verwendung
des Zusatzes (1V) die 5- bis 10-fache Bandgeschwindigkeit, die sonst für eine brauchbare
Härtung erforderlich ist.
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Beispiel 10 Weitere quantitative Messungen der Trenneigenschaften
von UV-gehärteten Überzügen dieser epoxyfunktionellen Siliconmassen wurden vorgenommen.
Die Masse wird analog Beispiel 9 hergestellt und hatte eine Viskosität von 0,500
Pa.s (500 cP) und einen Epoxygehalt von 7,3 %.
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Wieder wurden 1,5 Gew.-g des Jodoniumsalz-Katalysators der Masse zugesetzt.
Dünne Überzüge wurden auf 40 lbs.-SCK-Papier mit einer Rakel aufgebracht und zu
einer schmier- und wanderungsfreien Haftoberfläche durch 0,15 s UV-Bestrahlung,
wie in Beispiel 7 beschrieben, gehärtet. Nach 2-stündigem Altern der gehärteten
Siliconüberzüge bei Raumtemperatur wurde eine 0,254 mm (10 mil) dicke Schicht Naßacrylkleber
(Monsanto GMS-236, Gelva 263) oben auf die Siliconschicht aufgebracht und dann 15
min bei Raumtemperatur und weitere 15 min bei 660C (150°F) gehärtet. Ein zweites
Blatt SCK-Material wurde dann fest auf die Klebschicht gepreßt. So hergestellte
Laminate wurden in Streifen von 5,08 x 22,86 cm t 2 x 9") geschnitten und bei 240C
oder bei 600C (75 oder 1400F) gealtert. Trenntests dieser Laminate erfolgten
unmittelbar
nach ihrer Herstellung und in regelmäßigen Zeitabständen nach dem Altern durch Abziehen
der SCK/ Kleber-Laminate von den SCK/Silicon-Laminaten bei einem Winkel von 1800
und 10,16 m/min (400"/min). Die zum Trennen der beiden Laminate erforderliche Kraft
wurde in g aufgezeichnet. Die Ergebnisse dieses Tests zeigt Tabelle V.
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Tabelle V Trennkraft in g für Laminat-Alter proben, gealtert Proben,
gealtert bei 240C (750F) bei 600C (1400F) anfangs 30 30-35 1 Tag 30 40-60 1 Woche
40 50-60 2 Wochen 30-40 45-55 4 Wochen 40-55 50-65 Beispiel 11 Die Vielseitigkeit
der erfindungsgemäßen UV-härtbaren epoxyfunktionellen Silicontrennmassen kann durch
Anwendung einer Vielzahl herkömmlicher Kleber demonstriert werden. Ein Ansatz flüssigen
Epoxysilicons wurde hergestellt, indem 610 g eines flüssigen Dimethylvinylkettenunterbrochenen
Polydimethylsiloxans mit einer Viskosität von 150 cP mit 305 g 4-Vinylcyclohexenoxid
und 50 g ß-(3,4-Epoxycyclohexyl)äthyltrimethoxysilan kombiniert wurden. Diese Materialien
wurden mit 0,2 g Platinkatalysator, wie oben beschrieben, gemischt und in 4 kg Hexan
gelöst, Unter Rühren der Lösung bei 25 0C wurden 3 kg Dimethylhydrogen-kettenunterbrochenen
Polydimethyl-methylhydrogensiloxan-Copolymers mit einer Viskosität von 0,130 Pa
s (130 cP) und einem Gehalt von 4,1 % Methylhydrogensiloxy-Einheiten langsam zugegeben.
Nach
der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch 4 h bei 73 0C rückflußgekocht und dann unter
700 C abgekühlt, worauf 100 g n-Hexen zugesetzt wurden und zur Beendigung der Reaktion
weitere 15 h rückflußgekocht wurde.
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Nach dem Rückflußkochen wurde Hexan und nicht-umgesetztes Hexen bei
30 mm Hg Vakuum bei 1000C abgezogen, was eine klare,gelbbraun gefärbte Flüssigkeit
mit einer Viskosität von 0,550 Pa-s (550 cP) lieferte, die etwa 7,5 % Epoxyfunktionalität
(als 4-Vinylcyclohexenoxid) enthielt, und die IR-Analyse ließ keine verbliebene
nicht-umgesetzte Methylhydrogen-Funktionalität erkennen. Wie oben bemerkt, fördern
geringe Mengen (1 bis 2 Gew.-%) an ß-(3,4-Epoxycyclohexyl)äthyltrimethoxy-silan,
diesen Massen zugesetzt, deren Härtung und Haftung an Papiersubstraten. Zu bemerken
ist jedoch, daß die Verwendung dieser Substanz für die Leistung des Papiertrennprodukts
nicht notwendig ist, wenngleich es ein brauchbarer Zusatz ist.
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100 Teile der oben beschriebenen epoxyfunktionellen Siliconflüssigkeit
wurden mit 2 Teilen Bis(4-dodecylphenyl) jodoniumhexafluoantimonat gemischt, bis
eine gleichförmige Verteilung des Katalysators im Silicon erzielt war. Die katalysierte
Masse wurde dann auf eine 45,7 cm (18") breite Rolle von mit Polyäthylen niedriger
Dichte überzogenem Kraftpapier mit Hilfe einer Dreiwalzen-Offset-Gravur-Piloteinrichtung
aufgebracht. Der Fachmann weiß, daß eine solche Offset-Gravur-Ausrüstung zum Aufbringen
selbst dünner Filme lösungsmittelfreier Silicone auf Papiersubstrate zu Trennzwecken
besonders geeignet ist. Eine einzige 45,7 cm (18") lange Hanovia-Mitteldruck-Quecksilberdampf-UV-Lampe
lieferte 46,5 W/cm2 (300 W/in2) fokussierte Strahlung und wurde über dem sich bewegenden
Substrat innerhalb 0,91 m (3 Fuß) vom Überzugskopf entfernt montiert, so daß das
W-Licht über die ganze Breite
des siliconbeschichteten Papiers
fokussiert wurde.
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Schmier- und wanderungsfreie gehärtete Über züge wurden auf dem PEK-Substrat
mit Bandgeschwindigkeiten von bis zu 30,44 m (bis zu 100 Fuß)/min erhalten. Diese
Bandgeschwindigkeiten ergaben W-Bestrahlungszeiten von etwa 0,05 s.
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Es sei bemerkt, daß mit Polyäthylen geringer Dichte beschichtete Kraft-Substrate
sehr empfindlich gegenüber Wärme sind und herkömmliche wärmegehärtete Silicontrennmassen
nicht auf diesen Materialien gehärtet werden können. Die hier beschriebenen UV-gehärteten
Massen jedoch sind für diesen Anwendungszweck besonders geeignet. Um die Trennleistung
der gehärteten Überzüge zu ermitteln, wurde ein breiter Bereich von Siliconablagerungen
bei einer Bandgeschwindigkeit von 22,83 m/min (75 fpm) erhalten. Die gehärteten
Überzüge auf dem PEK-Substrat wurden bei 0 bis 30 0C 1 Woche gelagert, und unter
Verwendung von drei gewöhnlichen Klebern wurden Laminate hergestellt. Die Trenneigenschaften
dieser Epoxysiliconüberzüge wurden in g gemessen, wie zuvor beschrieben.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle VI zusammengefaßt: Tabelle VI Probe
Siliconablagerung Trennkraft, g kg/Ries M-12* A-40** Gelva*** 1 0,163 80-100 110-140
55-70 2 0,109 110-120 160-200 60-80 3 0,213 70- 95 110-135 50-60 4 0,259 65-85 90-120
40-55 * M-12 entfernbarer SBR-Kleber (Dennison Mfg. Co.) ** A-40 SBR-Dauerkleber
(Dennison Mfg. Co) *** Gelva 263 Acrylharzkleber (Monsanto)
Höhere
Trennwerte wurden für die leichtesten Siliconablagerungen festgestellt. Diese Werte
änderten sich nach 2-wöchigem beschleunigtem Altern bei 49 0C (1200F) nicht. Wie
oben bemerkt, werden Trennmessungen, die unter 100 g gegenüber dem aggressiven Gelva-Kleber
fallen, als erstklassige oder Qualitätstrennprodukte angesehen.