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Die Erfindung betrifft polymerisierbare Zusammensetzungen und Inmold-
Härtungsprodukte, die aus derartigen Zusammensetzungen gewonnen werden.
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Polymerisierbare Zusammensetzungen, die polymerisierbare Flüssigharze
enthalten, finden breite Anwendung. Zum Beispiel werden Formteile unter
Verwendung polymerisierbarer Zusammensetzungen, die ungesättigtes
Polyesterharz enthalten, das eine charakteristische Art eines
polymerisierbaren Flüssigharzes darstellt, als Außenplatten und
Zubehörteile von Kraftfahrzeugen verwendet. Es sind eine Anzahl von
Formgebungsverfahren zur Herstellung von inmold-gehärteten bzw. in der Form
gehärteten Gegenständen aus polymerisierbaren Zusammensetzungen verfügbar,
zu denen das Formpressen unter Verwendung von Harzmatte (SMC) bzw.
vorimprägniertem Textilglas, der Spritzguß unter Verwendung von
Feuchtpreßmasse (BMC), das Handlaminier- bzw. Kontaktpreßverfahren, wodurch
polymerisierbare Zusammensetzungen eine Verstärkungsfasermatte,
Verstärkungsgewebe oder -faserbündel imprägnieren und gehärtet werden, das
Pultrusionsverfahren und die Harzpreßspritz-(RTM-) und
Reaktionsspritzguß(RIM-) Verfahren gehören, durch die eine polymerisierbare Zusammensetzung
zum schnellen Inmold-Härten in eine Form eingebracht wird.
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Als Beispiele für bekannte polymerisierbare Zusammensetzungen, die
ungesättigtes Polyurethan enthalten, haben die EP-A-0460855, die JP-A-57-
182312 (Tokkai) und die JP-A-61-225210 (Tokkai) Zusammensetzungen
offenbart, die polymerisierbare Flüssigharze mit ungesättigtem Urethan und
Alkyl(meth)acrylat enthalten, die aus Polyisocyanat und
Hydroxyalkyl (meth)acrylat gewonnen werden.
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Die obenerwähnten bekannten polymerisierbaren Zusammensetzungen haben
jedoch wegen der Verwendung von ungesättigtem Urethan, das aus
Polyisocyanat und Hydroxyalkyl(meth)acrylat gewonnen wird, die folgenden
Nachteile:
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(1) Da ungesättigtes Urethan und Alkyl(meth)acrylat, die durch ein
solches bekanntes Verfahren zusammen gewonnen werden, nicht hinreichend
kompatibel miteinander sind, besteht insbesondere bei niedrigen
Temperaturen die Wahrscheinlichkeit einer Sedimentation und Entmischung;
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(2) da auf diese Weise gewonnenes ungesättigtes Urethan innerhalb
seines Moleküls viele Urethanbindungen enthält, zeigt es wie die meisten
anderen Arten von Polyurethan-Flüssigharz im Vergleich zu anderen
hitzehärtbaren polymerisierbaren Zusammensetzungen eine schlechte
Wasserfestigkeit. Dadurch wird die Verwendung von daraus hergestellten,
inmold-gehärteten Produkten begrenzt; und
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(3) wegen der hohen Vernetzungsdichte in solchen inmold-gehärteten
Produkten ergibt sich bei ihrer Aushärtung ein hohes Formenschwindmaß im
Vergleich zu ungesättigten Polyesterflüssigharzen. Im Ergebnis beobachtet
man eine deutliche Rißbildung und das Auftreten von Faserstrukturen. Um
solche Erscheinungen zu verhindern, können schrumpfmindernde Mittel
eingesetzt werden, die aber nicht sehr effektiv sind.
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Die Grundaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben
angegebenen Nachteile (1)-(3) der bekannten, ungesättigtes Urethan
enthaltenden polymerisierbaren Zusammensetzungen zu beseitigen.
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Mit anderen Worten, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, polymerisierbare Zusammensetzungen zu schaffen, die ungesättigtes
Urethan und Vinylmonomere mit verbesserter gegenseitiger Kompatibilität
enthalten.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
polymerisierbare Zusammensetzungen zu schaffen, die ungesättigtes Urethan
mit höheren aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen enthalten und eine
verbesserte Wasserfestigkeit aufweisen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
polymerisierbare Zusammensetzungen zu schaffen, aus denen inmold-gehärtete
Gegenstände mit niedrigerer Vernetzungsdichte hergestellt werden können.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
inmold-gehärtete Produkte zu schaffen, die aus derartigen polymerisierbaren
Zusammensetzungen hergestellt werden und an denen nicht ohne weiteres Risse
und Faserstrukturen auftreten.
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Im Hinblick auf die obigen und weitere Aufgaben haben die Erfinder
Forschungsarbeiten zu polymerisierbaren Zusammensetzungen mit ungesättigtem
Urethan, damit copolymerisierbarem Vinylmonomer und anorganischen
pulverformigen Füllstoffen sowie zu inmold-gehärteten Produkten
durchgeführt, die aus solchen polymerisierbaren Zusammensetzungen gewonnen
werden. Als Ergebnis der Forschung, insbesondere zum Zusammenhang zwischen
der chemischen Struktur des ungesättigten Urethans und den Eigenschaften
der erhaltenen inmold-gehärteten Produkte, hat sich gezeigt, daß es
vorzuziehen ist, in einem spezifizierten Verhältnis ungesättigtes Urethan
mit spezifizierten Anteilen darin eingebauter radikalpolymerisierbarer
Gruppen zu verwenden, zu denen (Meth)acryloylgruppen und hydrophobe Gruppen
einschl ießl ich langkettigeral iphatischer Kohl enwasserstoffgruppen gehören.
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Die vorliegende Erfindung betrifft polymerisierbare Zusammensetzungen
mit einem ungesättigten Urethan, dargestellt durch die unten angegebene
Formel (1), einem Vinylmonomer, das mit dem ungesättigten Urethan
copolymerisierbar ist, und einem anorganischen pulverförmigen Füllstoff in
einem Gewichtsverhältnis (ungesättigtes Urethan)/(Vinylmonomer) =
10/90 - 90/10, wobei der Anteil des anorganischen pulverförmigen Füllstoffs
30 - 300 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile der Summe aus dem ungesättigten
Urethan und dem Vinylmonomer beträgt. Außerdem betrifft die Erfindung
inmold-gehärtete Produkte, die unter Verwendung solcher Zusammensetzungen
gewonnen werden:
Formel 1
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wobei ist X eine Restgruppe ist, die man durch Entfernen von Isocyanat
gruppen aus Polyisocyanat erhält; Y eine Restgruppe ist, die man durch
Entfernen von Hydroxylgruppen aus Polyol erhält; R¹ eine Restgruppe ist,
die man durch Entfernen von Hydroxylgruppen aus nichtradikalisch
polymerisierbarem Monool mit einer aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppe
mit 6 - 22 Kohlenstoffatomen erhält; R² gleich H oder CH&sub3; ist; und p, q und
r jeweils ganze Zahlen von 1 - 3 mit 2 ≤ p+q ≤ 4 und qr ≥ 2 sind.
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Das durch Formel (1) dargestellte ungesättigte Urethan für
erfindungsgemäße polymerisierbare Zusammensetzungen ist eine
Urethanverbindung, die man durch Umsetzung von (Meth)acrylestermonool, das
weiter unten beschrieben wird, und nichtradikalisch polymerisierbarem
Monool mit einer langkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppe (im
folgenden einfach als Monool mit langkettiger aliphatischer Gruppe
bezeichnet) mit Polyisocyanat erhält.
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Das obenerwähnte (Meth)acrylestermonool ist ein Partialester mit
einer freien Hydroxylgruppe und kann aus (Meth)acrylsäure und zweiwertig
vierwertigem Polyol abgeleitet werden.
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Beispiele für ein derartiges (Meth)acrylestermonool sind u. a. (1)
Mono(meth)acrylate von zweiwertigem Alkohol, wie z.B. 2-
Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat,
4-Hydroxybutylmethacrylat und 1,6-Hexandiolmonoacrylat; (2)
Di(meth)acrylate von dreiwertigem Alkohol, wie z.B. Glycerindiacrylat,
Glycerindimethacrylat, Trimethylolpropandimethacrylat, 5-Methyl-1,2,4-
heptantrioldimethacrylat und 1,2,6-Hexantrioldimethacrylat; (3)
Tri(meth)acrylate von vierwertigem Alkohol, wie z.B.
Pentaerythritoltriacrylat und Pentaerythritoltrimethacrylat; (4) Di(meth)acrylate von
(Poly)ethertriol, wie z.B. Ethylenglycolmonoglyceryletherdimethacrylat,
(poly)ethoxyliertes Trimethylolpropandimethacrylat, (poly)propoxyliertes
Trimethylolpropandiacrylat und (poly)ethoxyliertes Glycerin; und (5)
Tri(meth)acrylate von (Poly)ethertetraol, wie z.B. Diglycerintriacrylat,
(poly)ethoxyliertes Pentaerythritol-trimethacrylat und
Ethylenglycoldiglycerylethertrimethacrylat. Unter den zweiwertig-vierwertigen Polyolen,
die zur Ableitung derartiger (Meth)acrylestermonoole zu verwenden sind,
werden diejenigen mit einem Molekulargewicht vom 100 oder weniger pro im
Molekül enthaltener Hydroxylgruppe bevorzugt, und diejenigen mit einem
Molekulargewicht von 80 oder weniger werden noch stärker bevorzugt.
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Die obenerwähnten Monoole mit langkettiger aliphatischer Gruppe sind
jeweils ein Monool, das eine geradkettige aliphatische
Kohlenwasserstoffgruppe, eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit verzweigter Kette
oder eine ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6-22
Kohlenstoffatomen enthält. Beispiele für ein derartiges Monool mit
langkettiger aliphatischer Gruppe sind u. a. (1) gesättigte oder
ungesättigte, geradkettige höhere Alkohole, wie z.B. Hexanol, Decanol,
Tetradecanol, Octadecanol und Oleylalkohol; (2) verzweigte höhere Alkohole,
wie z.B. 2-Ethylhexanol, Isononylalkohol und Isotridecylalkohol; (3)
Alkoxy(poly)alkylenglycole, die man durch Zugabe von Alkylenoxid mit 2-4
Kohlenstoffatomen, wie z.B. Ethylenoxid, Propylenoxid und Butylenoxid, zu
einem solchen geradkettigen oder verzweigtkettigen höheren Alkohol erhält;
(4) Alkylphenoxy(poly)alkylenglycole, wie z.B. Nonylphenoxyethanol,
Octylphenoxyethoxyethanol und Dodecylphenoxypropanol; (5)
(Poly)alkylenglycolmonoester einer aliphatischen Säure, wie z.B.
Ethylenglycolmonooctanoat, Propylenglycolmonoisononanoat und Dipropylenglycolmonooleat;
(6) Diester von dreiwertigem Alkohol, wie z.B. Glycerindilaurat,
Glycerindioleat, Trimethylolpropandioctanoat und Trimethylolethandiisononanoat; und
(7) Ester der Monohydroxycarbonsäure, wie z.B. Methylricinolat,
12-Hydroxyethyl stearat und Isotridecylglycolat.
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Beispiele für das Polyisocyanat, das mit dem obenerwähnten
(Meth)acrylestermonool und dem Monool mit lankettiger aliphatischer Gruppe
umzusetzen ist, sind u. a. (1) Diisocyanate, wie z.B. viele Arten von
Tolylendiisocyanat, Methylen-bis-(4-phenylisocyanat) und
Hexamethylendiisocyanat; (2) Triisocyanat, wie z.B. Kolonate EH (Handelsbezeichnung
eines zyklischen Hexamethylendiisocyanat-Trimers, Hersteller: Nippon
Polyurethane Industry Co., Ltd.) und Kolonate HL (Handelsbezeichnung des
Reaktionsprodukts von Hexamethylendiisocyanat und Trimethylolpropan bei
einem Molverhältnis von 3/1, Hersteller: Nippon Polyurethane Industry Co.,
Ltd.); und Polyisocyanate, die im Mittel 3-4 Isocyanatgruppen im Molekül
enthalten, wie z.B. Millionate MR (Handelsbezeichnung von
Polymethylenpolyphenylpolyisocyanat, Hersteller: Nippon Polyurethane Industry Co.,
Ltd.).
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Wie oben erläutert, ist das erfindungsgemäß verwendete ungesättigte
Urethan eine Urethan-Zusammensetzung, die man durch Umsetzen von
(Meth)acrylestermonool und Monool, das eine langkettige aliphatische Gruppe
enthält, mit Polyisocyanat erhält. Das Verhältnis des reagierenden
Polyisocyanats zu (Meth)acrylestermonool und Monool mit langkettiger
aliphatischer Gruppe für die Synthese des obenerwähnten ungesättigten
Urethans ist gleich 1:1, bezogen auf das Molverhältnis funktioneller
Gruppen (NCO/OH) wobei aber keine besonders ungünstigen Wirkungen
auftreten, wenn das Verhältnis innerhalb des Bereichs von 1/0,95-0,95/1
variiert wird.
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Nach den üblichen Verfahren zur Synthese von ungesättigtem Urethan
wird ein inaktives Lösungsmittel einem Gemisch aus (Meth)acrylestermonool
und Monool mit langkettiger aliphatischer Gruppe zugesetzt. Es wird ein
Katalysator verwendet, wie z.B. tertiäres Amin, Metallsalze oder
vorzugsweise Di-n-butylzinndilaurat, die für die Synthese von Polyurethan
alle wohlbekannt sind, und Polyisocyanat wird allmählich zugesetzt, während
die Temperatur auf 30-80ºC gehalten wird. In dieser Situation ist die
Verwendung eines Vinylmonomers, wie z.B. von Alkyl(meth)acrylat oder
Styrol, als inaktives Lösungsmittel vorzuziehen, weil dieses dann nach der
Reaktion nicht entfernt zu werden braucht.
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Es gibt keine besondere Beschränkung für die Art der Vinylmonomere,
die als Reaktions-Verdünnungsmittel für ungesättigtes Urethan in Verbindung
mit erfindungsgemäßen polymerisierbaren Zusammensetzungen verwendet werden
sollen, solange sie mit dem ungesättigten Urethan copolymerisierbar sind.
Beispiele für derartige Vinylmonomere sind u.a. (1) Alkyl(meth)acrylate,
wie z.B. Methylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylmethacrylat und
Ethylacrylat, (2) aromatische Vinyl-Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Styrol,
Methylstyrol und Divinylbenzol, und (3) Diallylphthalat. Sie können einzeln
oder als Gemisch aus zwei oder mehr Komponenten eingesetzt werden. Vom
Gesichtspunkt der Eigenschaften der herzustellenden inmold-gehärteten
Produkte aus sind jedoch Methylmethacrylat, Styrol und deren Gemische
vorzuziehen.
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In den erfindungsgemäßen polymerisierbaren Zusammensetzungen ist das
Gewichtsverhältnis zwischen dem ungesättigten Urethan und den damit
copolymerisierbaren Vinylmonomeren (ungesättigtes Urethan)/(Vinylmonomer)
gleich 10/90-90/10, und vorzugsweise gleich 40/60-75/25. Wenn dieses
Verhältnis kleiner als 10/90 ist, dann ist die Aushärtungsgeschwindigkeit
der polymerisierbaren Zusammensetzung zu niedrig, und die physikalischen
Eigenschaften der daraus gewonnenen inmold-gehärteten Produkte sind
schlecht. Wenn andererseits das Verhältnis größer ist als 90/10, dann ist
die Viskosität der polymerisierbaren Zusammensetzung zu hoch, und der
Inmold-Härtungsprozeß wird schwierig.
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Das in erfindungsgemäßen polymerisierbaren Zusammensetzungen
enthaltene ungesättigte Urethan hat innerhalb seines Moleküls mindestens
zwei radikalpolymerisierbare Doppelbindungen und mindestens eine
langkettige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe. Die Anzahl derartiger
Doppelbindungen, die in einem Molekül enthalten sind, und das
Molekulargewicht des ungesättigten Urethans pro Doppelbindung beeinflussen
seine Aushärtungsgeschwindigkeit. Um eine praktisch bequeme Aushärtungs-
Reaktionsgeschwindigkeit zu erhalten, sollte das ungesättigte Urethan so
beschaffen sein, daß sein Molekulargewicht pro Doppelbindung dieser Art
höchstens gleich 550 ist und vorzugsweise im Bereich von 300-450 liegt.
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Die erfindungsgemäßen Gemische aus ungesättigtem Urethan und
Vinylmonomer (im folgenden einfach als Flüssigharze bezeichnet) zeigen
selbst bei niedrigerer Temperatur keine Abscheidung oder Trennung und sind
wegen der hervorragenden Kompatibilität zwischen dem ungesättigten Urethan
und dem Vinylmonomer im allgemeinen stabil. Inmold-gehärtete Produkte aus
erfindungsgemäßen polymerisierbaren Zusammensetzungen, die derartige
Flüssigharze und deren Gemische mit einem pulverförmigen anorganischen
Füllstoff aufweisen, haben geringere Probleme bezüglich der
Wasserfestigkeit und des Formenschwindmaßes.
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Damit solche Eigenschaften deutlich in Erscheinung treten, werden
gemäß der vorliegenden Erfindung langkettige aliphatische
Kohlenwasserstoffgruppen mit 6-22 Kohlenstoffatomen in die ungesättigten
Urethanmoleküle eingebaut. Besonders bevorzugte Beispiele derartiger
langkettiger aliphatischer Kohlenwasserstoffgruppen sind u.a. Alkyl- und
Isoalkylgruppen mit 6-18 Kohlenstoffatomen. Außerdem wird bevorzugt, daß
die Anzahl der einzubauenden langkettigen aliphatischen
Kohlenwasserstoffgruppen für jede im Molekül des ungesättigten Urethans enthaltene
(Meth)acrylgruppe gleich 1-2 ist und daß die Gruppen in einem Anteil von
15-35 Gew.-% enthalten sind.
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Erfindungsgemäße polymerisierbare Zusammensetzungen enthalten sowohl
die obenerwähnte polymerisierbare Zusammensetzung als auch pulverförmigen
anorganischen Füllstoff Der Anteil des pulverförmigen anorganischen
Füllstoffs beträgt 30-300 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile der
Flüssigharze. Der enthaltene Anteil eines solchen pulverförmigen
anorganischen Füllstoffs variiert in Abhängigkeit von seiner Art,
Teilchengröße, dem Formgebungsverfahren der Flüssigharze und den
gewünschten Eigenschaften der durch Aushärten erhaltenen Formteile. Im
allgemeinen beträgt jedoch der bevorzugte Anteil 100-300 Gewichtsteile auf
100 Gewichtsteile der Flüssigharze.
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Beispiele des pulverförmigen anorganischen Füllstoffs sind u. a.
Aluminiumoxidtrihydrat (Al&sub2;O&sub3; 3H&sub2;O), Calciumcarbonat, Siliziumdioxid und
Calciumsulfatdihydrat (CaSO&sub4; 2H&sub2;O). Bei Verwendung von
kristallwasserhaltigem Material oder insbesondere von Aluminiumoxidtrihydrat können die
erhaltenen inmold-gehärteten Produkte Flammschutzeigenschaften erwerben.
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Zur Herstellung von erfindungsgemäßen polymerisierbaren
Zusammensetzungen können viele bekannte Verfahren zur Herstellung von
polymerisierbaren Zusammensetzungen, die ungesättigte Polyesterharze
enthalten, angewandt werden.
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Erfindungsgemäße inmold-gehärtete Produkte erhält man durch Inmold-
Härten von erfindungsgemäßen polymerisierbaren Zusammensetzungen. Es können
Inmold-Härtungsverfahren angewandt werden, die für polymerisierbare
Zusammensetzungen bekannt sind, die ungesättigte Polyesterharze enthalten.
Zum Beispiel können viele Arten von Härtungsmitteln und
Härtungsbeschleunigern für die Radikalpolymerisation eingesetzt werden.
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Beispiele für ein Härtungsmittel sind u. a. Benzoylperoxid, t-
Butylperoxy-2-ethylhexanoat, t-Butylperoxybenzoat, 1,1-Di-t-butylperoxy-
3,3,5-trimethylcyclohexan und Bis(4-t-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat.
Diese Mittel können einzeln oder als Gemisch aus zwei oder mehr Komponenten
verwendet werden. Beispiele für Härtungsbeschleuniger sind u.a. tertiäre
Amine, wie z.B. N,N-Dimethyl-p-toluidin und N,N-Dimethylanilin. Das
Härtungsmittel wird normalerweise in einem Anteil von 1-5 Gew.-%
eingesetzt, bezogen auf die Gesamtmenge der erfindungsgemäßen
polymerisierbaren Zusammensetzung. Im Falle der Inmold-Härtung kann auch
ein Formtrennmittel verwendet werden. Beispiele eines solchen
Formtrennmittels sind u. a. Metallseife, beispielsweise von Zinkstearat,
und Zelec UN (Handelsbezeichnung für Phosphorsäureester, Hersteller: E.I.
Dupont de Nemours and Co.).
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Erfindungsgemäße polymerisierbare Zusammensetzungen können leicht
nach irgendeinen der Inmold-Härtungsverfahren ausgehärtet und geformt
werden, wie z.B. nach dem Pultrusionsverfahren, dem Spritzgußverfahren
unter Verwendung von BMC, dem Formpreßverfahren unter Verwendung von SMC,
dem Harzpreßspritzverfahren und dem Reaktionsspritzgußverfahren.
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Da aus erfindungsgemäßen polymerisierbaren Zusammensetzungen
inmoldgehärtete Produkte gewonnen werden, können zur Erhöhung der Festigkeit des
Produkts Verstärkungsfasern eingearbeitet werden. Zu derartigen Verfahren
zur Verstärkung von inmold-gehärteten Produkten gehören das Vorfixieren von
Verstärkungsfasern in Form einer Matte, eines Gewebes oder in Form von
Fasersträngen innerhalb der Form und das Einbringen einer polymerisierbaren
Zusammensetzung und eines Härtungsmittels in die Form, oder das
Vorimprägnieren von Verstärkungsfasersträngen mit einer polymerisierbaren
Zusammensetzung mit Härtungsmittelzusatz und deren Verwendung bei der
Inmold-Härtung. Beispiele von Verstärkungsfasern sind u.a. Glasfasern,
Kohlefasern und Aramidfasern.
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Um polymerisierbare Zusammensetzungen mit noch weiter vermindertem
Formenschwindmaß zu erhalten, werden vorzugsweise die Gehalte an
pulverförmigem anorganischem Füllstoff und Verstärkungsfasern so weit wie
möglich erhöht. Bevorzugt wird ein Gehalt an pulverförmigem anorganischem
Füllstoff von 100-300 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Flüssigharze,
und noch besser von 150-300 Gewichtsteilen, so daß der Volumenanteil der
Verstärkungsfasern innerhalb des inmold-gehärteten Produkts mehr als 30
Vol.-% und insbesondere 40-70 Vol.-% beträgt. Um inmold-gehärtete Produkte
mit so hohen Gehalten an pulverförmigem anorganischem Füllstoff und
Verstärkungsfasern zu erhalten, ist die Anwendung eines
Pultrusionsverfahrens besonders vorteilhaft. Durch Pultrusion kann den
inmold-gehärteten Produkten eine starke Flammschutzwirkung verliehen
werden, wenn Aluminiumoxidtrihydrat als pulverförmiger anorganischer
Füllstoff und anorganische Fasern, wie z.B. Glasfasern, Kohlefasern oder
Stahlfasern, als Verstärkungsfasern verwendet werden.
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Als nächstes wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen
beschrieben, so daß ihre Eigenschaften und Wirkungen besser verständlich
werden, wobei aber keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung durch
diese Beispiele beabsichtigt ist. Im folgenden werden Gewichtsteile einfach
als Teile bezeichnet, und Gewichtsprozent werden einfach als % angegeben,
außer in bezug auf den Glasgehalt und den Sauerstoffindex.
VERSUCHE UND ERGEBNISSE
VERSUCHSREIHE 1
SYNTHESE VON UNGESÄTTIGTEM URETHAN A UND HERSTELLUNG VON FLÜSSIGHARZ a
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201 Teile Methylmethacrylat, 114 Teile (0,50 mol)
Glycerindimethacrylat, 76 Teile (0,38 mol) Isotridecylalkohol und 1 Teil
Di-nbutylzinndilaurat wurden in einen Reaktionsbehälter eingebracht und
gerührt, wobei die Temperatur auf 50ºC gehalten wurde. Innerhalb eines
Zeitraums von 40 Minuten wurden 120 Teile
Polymethylenpolyphenylpolyisocyanat (Millionate MR-100, Handelsbezeichnung der Nippon
Polyurethane Industry Co., Ltd., das im Mittel 3,5 Isocyanatgruppen pro
Molekül enthielt) in den Reaktionsbehälter eingetröpfelt. Obwohl zu diesem
Zeitpunkt Reaktionswärme entstand, wurde die Reaktionstemperatur unter 60ºC
gehalten. Danach wurde die Synthese abgeschlossen, indem die Temperatur 1
Stunde lang bei 60ºC gehalten wurde. Gewonnen wurde ein Flüssigharz a, das
ungesättigtes Urethan A enthielt. Obwohl das so erhaltene Flüssigharz a 24
Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen wurde, wurde keine Trennung der
Feststoffkomponenten und keine Trübung beobachtet.
SYNTHESE VON UNGESÄTTIGTEM URETHAN B UND HERSTELLUNG VON FLÜSSIGHARZ b
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82 Teile (0,63 mol) 2-Hydroxyethylmethacrylat, 85 Teile (0,25 mol)
Propylenglycolmonooleat, 184 Teile Methylmethacrylat, 1 Teil
Di-n-butylzinndilaurat und 112 Teile Polymethylenpolyphenylpolyisocyanat (das gleiche
wie oben für das ungesättigte Urethan A) wurden auf ähnliche Weise, wie
oben für den Fall des ungesättigten Urethans A zur Herstellung von
Flüssigharz b verwendet, das 60% ungesättigtes Urethan B enthielt. Das so
erhaltene Flüssigharz b wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen,
wobei jedoch keine Abtrennung von Feststoffkomponenten und keine Trübung
beobachtet wurden.
SYNTHESE VON UNGESÄTTIGTEM URETHAN E UND HERSTELLUNG VON FLÜSSIGHARZ e
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114 Teile (0,5 mol) Glycerindimethacrylat, 132 Teile (0,5 mol)
Nonylphenoxyethanol, 222 Teile Styrol und 1 Teil Di-n-butylzinndilaurat
wurden in einen Reaktionsbehälter eingebracht und gerührt, wobei die
Temperatur auf 50ºC gehalten wurde. Danach wurden auf ähnliche Weise, wie
oben für den Fall des ungesättigten Urethans A beschrieben, 87 Teile (0,5
mol) gemischtes 2,4- und 2,6- Tolylendiisocyanat (Kolonate T-80,
Handelsbezeichnung der Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.) verwendet,
um ein Flüssigharz e zu erhalten, das 60% ungesättigtes Urethan E enthält.
Das so gewonnene Flüssigharz e wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur
stehengelassen, wobei jedoch keine Abtrennung von Feststoffkomponenten und
keine Trübung beobachtet wurden.
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Auf ähnliche Weise erhielt man das Flüssigharz c, das 60%
ungesättigtes Urethan C enthält, das Flüssigharz d, das 60% ungesättigtes
Urethan D enthält, und das Flüssigharz f, das 60% ungesättigtes Urethan F
enthält. Die Flüssigharze c, d, und f wurden 24 Stunden bei Raumtemperatur
stehengelassen, wobei aber keine Abtrennung von Feststoffkomponenten und
keine Trübung beobachtet wurden.
SYNTHESE VON UNGESÄTTIGTEM URETHAN R-1 UND HERSTELLUNG VON FLÜSSIGHARZ r-1
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91 Teile (0,7 mol) 2-Hydroxyethylmethacrylat, 120 Teile
Methylmethacrylat, 1 Teil Di-n-butylzinndilaurat und 89 Teile (0,2 mol)
Polymethylpolyphenylpolyisocyanat (das gleiche wie oben für das
ungesättigte Urethan A) wurden auf ähnliche Weise verwendet, wie oben für
den Fall des ungesättigten Urethans A beschrieben, um ein Flüssigharz r-1
zu erhalten, das 60% ungesättigtes Urethan R-1 enthält. In dem so
gewonnenen Flüssigharz r-1 trat eine Trübung auf, nachdem es 24 Stunden bei
Raumtemperatur stehengel assen wurde.
SYNTHESE VON UNGESÄTTIGTEM URETHAN R-2 UND HERSTELLUNG VON FLÜSSIGHARZ r-2
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130 Teile (1,0 mol) 2-Hydroxyethylmethacrylat, 145 Teile Styrol, 1
Teil Di-n-butylzinndilaurat und 87 Teile (0,5 mol) gemischtes 2,4- und 2,6-
Tolylendiisocyanat (das gleiche wie oben für das ungesättigte Urethan E)
wurden auf ähnliche Weise verwendet, wie oben für den Fall des
ungesättigten Urethans E beschrieben, um ein Flüssigharz r-2 zu erhalten,
das 60% ungesättigtes Urethan R-2 enthält. Das so gewonnene Flüssigharz r-2
wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen und wurde eine
pastenartige, halbfeste Masse.
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Die in den Synthesen verwendeten Arten von Polyisocyanat,
(Meth)acrylestermonool, Monool mit langkettiger aliphatischer Gruppe und
Vinylmonomer sowie die verwendeten Anteile sind zusammen in Tabelle 1
dargestellt. Die erhaltenen ungesättigten Urethane sind in Tabelle 2
beschrieben.
TABELLE 1
Anmerkungen:
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Die verwendeten Mengen sind in Einheiten von Gewichtsteilen (obere
Zeile) und mol (untere Zeile) angegeben.
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UU: ungesättigtes Urethan;
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MPI: Polymethylenpolyphenylpolyisocyanat (im Mittel 3,5 NCO);
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HMDI: Hexamethylendiisocyanat;
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TDI: Tolylendiisocyanat;
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GDM: Glycerindimethacrylat;
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HEMA: 2-Hydroxyethylacrylat;
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TMP-DM: Trimethylolpropandimethacrylat;
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DEMA: Diethylenglycolmonomethacrylat;
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*1: Isotridecylalkohol;
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*2: Propylenglycolmonooleat;
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*3: Glycerindioctanoat;
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*4: Nonylphenoxyethanol;
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*5: Methylricinolat
TABELLE 2
VERSUCHSREIHE 2
TESTBEISPIELE 1-6 UND VERGLEICHSBEISPIELE 1-4
(Herstellung von polymerisierbaren Zusammensetzungen, Herstellung von
inmold-gehärteten Produkten durch Harzpreßspritzen (RTM) und deren
Beurteilung)
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Unter Verwendung der in Versuchsreihe 1 erhaltenen Flüssigharze
wurden polymerisierbare Zusammensetzungen hergestellt, wie in Tabelle 3
gezeigt, und durch Zugabe eines Zusatzes, der einen Härtungsbeschleuniger,
ein Formtrennmittel und ein schrumpfminderndes Mittel enthielt, wurden
Mischungen hergestellt, wie gleichfalls in Tabelle 3 gezeigt. Andererseits
wurde eine kontinuierliche Glasfaserstrangmatte (Unifib U-750,
Handelsbezeichnung der Nippon Electric Glass Co., Ltd.) in einer
vernickelten, auf 35ºC erhitzten Form fixiert, so daß der Glasgehalt 25%
betragen würde, und die Form wurde mit 2,5 kg/cm² gespannt. Danach wurden
spezifizierte Mengen der obenerwähnten Gemische und
Radikalinitiatorlösungen in dem in Tabelle 3 angegebenen Verhältnis mit Hilfe von Meßpumpen
über einen statischen Mischer in die Form eingespritzt, um gleichmäßige
Gemische zu bilden. Das Einspritzen wurde gestoppt, sobald die
eingespritzte Flüssigkeit aus einem Zwischenraum gegenüber der
Einspritzöffnung auszufließen begann. Das Produkt wurde 20 Minuten nach
Beendigung des Einspritzens aus der Form entnommen.
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Für jedes auf diese Weise erhaltene inmold-gehärtete Produkt wurden
mittels Sichtprüfung Faserstrukturen und Rißbildung beurteilt. Die
Ergebnisse sind gleichfalls in Tabelle 3 angegeben.
TABELLE 3
Anmerkungen:
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Zahlen in Gewichtsteil-Einheiten;
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Flüssigharze: Typ (obere Zeile), Gewichtsteil (untere
Zeile)
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Härtungsbeschleuniger N,N-Dimethyl-p-toluidin
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Formtrennmittel: Mold Wiz (Hersteller: Kozakura Shokai Co.,
Ltd.)
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schrumpfminderndes Mittel für Vergleichsbeispiel 3:
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40 Teile Polyvinylacetat (Molekulargewicht= 200000), gelöst in
60 Teilen Methylmethacrylat
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schrumpfminderndes Mittel für Vergleichsbeispiel 4:
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33,3 Teile Polypropylenadipat (Molekulargewicht= 5000), gelöst
in 66,7 Teilen Styrol
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*4: 0,075
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*5: 50%-ige Lösung von Dibenzoylperoxid (Nyper BMT-M, Hersteller:
Nippon Oil and Fats Co., Ltd.)
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Flecken von phasengetrennten Anteilen der schrumpfmindernden Mittel
wurden auf Formteiloberflächen aus den Vergleichsbeispielen 3 und 4
beobachtet.
TESTBEISPIELE 7-12 UND VERGLEICHSBEISPIELE 5-8
(Herstellung von polymerisierbaren Zusammensetzungen, Herstellung von
inmold-gehärteten Produkten durch Gießformen und deren Beurteilung)
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Unter Verwendung der in der Versuchsreihe 1 gewonnenen Flüssigharze
wurden polymerisierbare Zusammensetzungen hergestellt, wie in Tabelle 4
gezeigt, und durch Zugabe eines Zusatzes mit einem Härtungsbeschleuniger,
einem Formtrennmittels und einem schrumpfmindernden Mittel wurden Gemische
hergestellt, wie gleichfalls in Tabelle 4 gezeigt. Andererseits wurde ein
Polyethylenschlauch mit einem Außendurchmesser von 5 mm zwischen zwei
Glasplatten (25 cm × 25 cm) mit einer Dicke von 5 mm geschichtet, um eine
Form mit einem Zwischenraum von 3 mm zu bilden. Die in Tabelle 4
angegebenen polymerisierbaren Zusammensetzungen und
Radikalinitiatorlösungen wurden gleichmäßig miteinander vermischt und in
diese Form gegossen. Die Form wurde in einen Thermostaten mit einer
Temperatur von 35ºC gesetzt und dort über Nacht bei 80ºC belassen, um
Formteile zu erhalten.
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Probekörper von 80 mm Länge, 25 mm Breite und 3 mm Dicke wurden unter
Verwendung eines Diamantschneiders zum Schneiden dieser Formteile
hergestellt. Nach genauem Abwiegen wurden diese Probekörper 30 Stunden lang
in warmes Wasser von 80ºC getaucht. Nach dem Herausnehmen wurde ihr äußeres
Aussehen in bezug auf Weißtrübung bzw. Weißfärbung und Rißbildung
überprüft. Das Gewicht jedes Probekörpers wurde vor und nach der Prüfung
verglichen, um das Wasseraufnahmevermögen nach der unten angegebenen Formel
zu berechnen. Die Biegefestigkeit wurde ebenfalls nach JIS-K6911
(Japanische Industriestandards) gemessen, um die Verminderung der
Biegefestigkeit nach der unten angegebenen Formel zu berechnen.
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Wasseraufnahmevermögen (%) = {[(Gewicht nach der Prüfung) - (Gewicht
vor der Prüfung))/(Gewicht vor der Prüfung)} × 100.
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Verminderung der Biegefestigkeit (%) = {[(Festigkeit vor der Prüfung)
- (Festigkeit nach der Prüfung))/(Festigkeit vor der Prüfung)} × 100.
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Diese Testergebnisse sind gleichfalls in Tabelle 4 dargestellt, in
der das Wasseraufnahmevermögen und die Verminderung der Biegefestigekeit
durch einen Mittelwert aus n = 3 Meßwerten angegeben sind.
TESTBEISPIELE 13-19 UND VERGLEICHSBEISPIELE 9-12
(Herstellung von polymerisierbaren Zusammensetzungen, Herstellung von
inmold-gehärteten Produkten durch Puitrusion und deren Beurteilung)
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Unter Verwendung der in der Versuchsreihe 1 gewonnenen Flüssigharze
wurden polymerisierbare Zusammensetzungen hergestellt, wie in Tabelle 5
gezeigt, und durch Zugabe eines Zusatzes mit einem Radikalinitiator und
einem Formtrennmittel wurden Gemische hergestellt, wie in Tabelle 5
gezeigt. Nach dem Tränken von Glasseidensträngen (Textilglasroving) mit
diesen Gemischen, wie in Tabelle 5 dargestellt, wurden die
Glasseidenstränge zum Pultrusionsformen mit einer Geschwindigkeit von 20
cm/min durch eine flache Form mit Abmessungen von 25 mm × 3 mm × 400 mm
geschickt, um inmold-gehärtete Produkte in kontinuierlicher, ebener Form
zu erhalten.
TABELLE 4
Anmerkungen:
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Siehe Anmerkungen zu Tabelle 3 bezüglich der Flüssigharze, des Härtungsbeschleunigers, des
Formtrenmittels, *4 und *5.
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Jedes auf diese Weise gewonnene inmold-gehärtete Produkt wurde
mittels Sichtprüfung auf Faserstrukturen und Verziehen (Verbiegen)
beurteilt.
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Außerdem wurden Probekörper von 100 mm Länge, 6,5 mm Breite und 3 mm
Dicke mit Hilfe eines Diamantschneiders zum Schneiden dieser Formteile
hergestellt. An diesen Probekörpern wurde das Sauerstoffindexverfahren zum
Prüfen der Entflammbarkeit von Polymerwerkstoffen gemäß JIS-K7201
(Japanische Industriestandards) ausgeführt. Die Ergebnisse dieser Tests
sind in Tabelle 5 angegeben.
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Wie aus dem obigen ersichtlich, liefert die vorliegende Erfindung
polymerisierbare Zusammensetzungen mit darin enthaltenen Flüssigharzen, in
denen keine Feststoffe und keine Trübung entstehen und die eine
hervorragende Kompatibilität aufweisen, sowie Produkte mit verbessertem
Aussehen und besserer Wasserfestigkeit und mit geringem Formenschwindmaß,
die durch Inmold-Härtung dieser polymerisierbaren Zusammensetzungen
herstellbar sind.
TABELLE 5
Anmerkungen:
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Siehe die Anmerkungen zu Tabelle 3 bezüglich der Flüssigharze und
des Formtrennmittels;
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*6: Bis(4-t-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat;
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*7: t-Butylperoxybenzoat;
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Glasseidenstrang: ER4400F-183 (Handelsbezeichnung der Nippon Electric
Glass Co., Ltd.);
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Glasseidenstrang-Gehalt: Vol.-% in dem inmold-gehärteten Produkt.