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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine sprühbare Beschichtungszusammensetzung,
welche bei faserverstärkten
Kunststoffen (fiber reinforced plastics, FRP) angewendet wird, um
die Oberfläche
von geformten FRP-Teilen zu verbessern und solche Teile besser für weitere
Beschichtungs- oder Lackieranwendungen vorzubereiten.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
ist bekannt, dass verschiedene faserverstärkte Kunststoff (FRP)-Teile,
wie z. B. ausgehärtete
Folienformungszusammensetzungen (sheet moulding compounds, SMC)
Risse und Einfallstellen bilden können, welche die Oberflächenerscheinung
beeinflussen können.
SMC wird hauptsächlich
aus ungesättigtem
Polyester- oder Vinylesterharz gebildet. Es wird mit einem Calciumcarbonat-Füllstoff,
Glasfaser zur Verstärkung,
einem oder zwei Katalysatoren und gewöhnlich einem internen Freigabemittel
wie Zinkstearat gemischt. Das Material ist "B-stufig" (bis zu einem halbfesten Zustand verdickt)
in langen Bogen, welche zur Lagerung aufgerollt werden. Wenn es
zum Formen bereit ist, wird es auf die Formgröße geschnitten, in der Form
platziert, welche einen Klemmdruck und Wärme erfährt, was das Produkt vollständig zu
seiner Endform aushärtet.
Zykluszeiten sind gewöhnlicherweise
3 bis 5 Minuten, je nach der Größe des Teils.
Nach dem Formen haben die "gestanzten" Teile gewöhnlich einen
Glanz, welcher entfernt werden muss (normalerweise durch Schleifen) und/oder
können
eine Art von Verarbeitung erfahren, wie Ausleiten von Zugangslöchern etc.
Dies lässt
raue Kanten oder Stellen auf dem geformten Teil zurück. Wenn
herkömmliche
Farben verwendet werden, kann Lösungsmittel
in diesen Bereichen eingeschlossen werden und anschließend "herausplatzen", wenn es während des
normalen Aushärtungsverfahrens
erhitzt wird. Dies erzeugt eine große Menge unbrauchbarer Teile.
Dieses Phänomen
wird wesentlich verstärkt/beschleunigt
durch die Verwendung von Glasblasen in der SMC-Formel, um die Teile
mit "niedriger Dichte" zu schaffen, in
einer Bemühung,
das Fahrzeuggewicht zu verringern.
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Folglich
wurde vorgeschlagen, dass eine dünne
Beschichtung aus einem flüssigen
Gummi und einem flüssigen
Epoxypolymer als eine primerähnliche
Beschichtung verwendet wird, um ein Ausbreiten von Mikrorissen zu
verhindern, die Porosität
zu verringern und um Einfallstellen in FRP-Teilen zu verringern
und um eine geeignete glatte Oberfläche für Kraftfahrzeugkarosserieplatten-Anwendungen
zu liefern, welche als ein Substrat für weitere Farbaufträge dienen.
Siehe US-A-5 358 779.
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Es
ist auch bekannt, dass eine sprühbare,
wenig flüchtige
Füllstoffzusammensetzung
mit hohem Feststoffgehalt als eine Beschichtung bei einer Vielzahl
von Substraten verwendet werden kann, einschließlich Metallen, wie z. B. Eisen
und Aluminium, Beton, Holz, Glasfaser und Polyesterfüllstoffen,
etc. Siehe zum Beispiel die US-A-5 371 117, welche eine sprühbare Füllstoffszuammensetzung
offenbart, welche eine erste Füllstoff-/Verglasungskomponente,
welche aus einer Mischung eines Harzes, eines Füllstoffes, einer Mischung thixotroper
Tone, aktivierten pyrogenen Siliciumdioxids (fumed silica), hohlen
Glasmikrokügelchen
und einem Ketonlösungsmittel
gebildet ist, und eine zweite Katalysatorkomponente hat.
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Während die
US-A-5 371 117 offenbart, dass die sprühbare, wenig flüchtige Füllstoffzusammensetzung
mit hohem Feststoffanteil bei einer Vielzahl von Substraten verwendet
werden kann, werden geformte faserverstärkte Kunststoff (FRP)-Teile
nicht erwähnt.
Und man würde
auch nicht notwenigerweise erwarten, dass eine wenig flüchtige Füllstoffzusammensetzung
mit einem hohen Feststoffgehalt an einem geformten faserverstärkten Kunststoff
(FRP)-Teil haftet. Wenn solch ein Teil aus der Form kommt, ist es
schwierig eine Beschichtung zu finden, welche angemessen an ihm
haftet. Die meisten Beschichtungen haben Schwierigkeiten, an einer
unvorbereiteten SMC-Oberfläche
zu haften aufgrund des inneren Formfreigabemittels, welches gewöhnlich verwendet
wird. In gleicher Weise, wie in der US-A-5 358 779 angegeben, ist
es schwierig, eine Beschichtung zu finden, welche nicht nur haftet,
sondern auch die Ausbreitung von Mikrorissen verringert, die Porosität verringert,
Einfallstellen verringert und anderweitig die Oberflächenerscheinung
von geformten FRP-Teilen verbessert. Die US-A-5 358 779 lehrt, dass
eine gummiartige Beschichtung zu diesem Zweck notwendig ist. Aber
gummiartige Beschichtungen haben andere Probleme in Bezug auf die
Aushärtungszeit,
die Härte und
Haltbarkeit.
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Folglich
bleibt das Bedürfnis
nach einer verbesserten Beschichtung für geformte FRP-Teile, um die Oberfläche des
geformten FRP-Teils zu verbessern und um das Teil besser für einen
weiteren Beschichtungs- oder Lackierauftrag vorzubereiten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Laminat gemäß der Erfindung
enthält:
ein
faserverstärktes
wärmeaushärtbares
Substrat enthaltend ein ausgehärtetes
Polyesterharz oder Vinylesterharz oder eine Kombination davon, und
5–85 Gewichts-%
Fasern, basierend auf dem Gewicht des Substrats; und
eine Beschichtung
bis zu 0,23 mm Dicke, erhältlich
durch Auftragen auf das Substrat (a) einer Füllstoff-/Verglasungskomponente,
enthaltend eine Mischung von 20–50
Gewichts-% eines Vinylesterharzes, wahlweise in Kombination mit
einem Polyesterharz, 5–35
Gewichts-% eines Füllstoffes,
ausgewählt
aus Calciumcarbonat, Talk, und Kombinationen davon, 1–15 Gewichts-%
thixotroper Tone, bis zu 2 Gewichts-% aktivierten pyrogenen (fumed)
Siliciumdioxids, bis 10 Gewichts-% Calcium-Strontium-Zink- Phosphosilikat, 0–2 Gewichts-%
eines Beschleunigers, und 0–20
Gewichts-% eines organischen Lösungsmittels,
und (b) einer Katalysatorkomponente.
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Die
Katalysatorkomponente, welche bei der Erfindung verwendet wurde,
welche in einer Menge von ungefähr
1–50%
und vorzugsweise ungefähr
2–4 Gewichts-%
der gesamten Beschichtung wie angewendet vorhanden sein kann, (d.
h. die Füllstoff-/Verglasungskomponente
enthält
vorzugsweise ungefähr
96–98%
der Beschichtung und die Katalysatorkomponente enthält ungefähr 2–4%) ist
vorzugsweise ein Methylethylketonperoxid oder ein Benzoylperoxid.
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Die
Füllstoff-/Verglasungskomponente
kann ferner ungefähr
0–4 Gewichts-%
eines Färbemittels
enthalten, wie Titandioxid, schwarzes Eisenoxid oder Mischungen
davon, und ungefähr
0–12 Gewichts-%
eines Styrolmonomers.
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Wenn
das Harz in der Füllstoff-/Verglasungskomponente
eine Kombination eines Vinylesterharzes und eines Polyesterharzes
ist (welches Polyesterharz vorzugsweise in einer Menge von 2–10 Gewichts-%
der Füllstoff-/Verglasungskomponente
vorhanden ist), können
auch 0–8
Gewichts-% eines Acrylharzes bezogen auf die Füllstoff-/Vegglasungskomponente
vorhanden sein.
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Die
Beschichtung, welche als eine primerähnliche Beschichtung wirkt,
könnte
Beschichtungen in der Form ersetzen, welche gegenwärtig verwendet
werden, um die Oberflächenerscheinung
zu verbessern, die Porosität
zu reduzieren und Einfallstellen auf geformten Produkten reduzieren,
welche aus wärmeaushärtbarem
FRP aus einer Folienformungszusammensetzung (sheet moulding compound,
SMC), Masseformungszusammensetzungen (bulk moulding compound, BMC)
und Dick-Formungs-Zusammensetzungen (thick moulding compound, TMC)
sind. Diese Erfindung ist insbesondere nützlich bei Kraftfahrzeugkarosserieteilen,
Möbeln,
Sportgeräten,
chemischen Verarbeitungsvorrichtungen, und ähnlichem.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
erste Schicht des Laminats ist ein faserverstärkter Kunststoff (FRP) aus
einem wärmeaushärtbaren
Harz, wie einer Folienformungszusammensetzung (sheet moulding compound,
SMC). Der FRP ist im allgemeinen aus einer Zusammensetzung hergestellt,
welche ein Polyesterharz oder ein Vinylesterharz sein kann, welches
vernetzbar ist mit ethylenisch ungesättigten Monomeren wie Styrol.
Verstärkende
Fasern und ausgewählte
Füllstoffe
werden oft hinzugefügt,
um die Stärke
und Steifigkeit zu erhöhen.
Es können
auch zusätzliche
Harze, Verarbeitungshilfen; Farbstoffe und Umwelt schützende Stoffe
verwendet werden.
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Das
Matrixmaterial der Erfindung ist im allgemeinen ein ungesättigtes
Polyesterharz. Ein bevorzugtes Harz basiert auf der Reaktion von
1,2-Propylenglykol
und einem ethylenisch ungesättigen
Diazid oder Anydrid. Andere geeignete gesättigte Polyesterharze, welche
bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind
allgemein bekannt und enthalten Produkte der Kondensationsreaktion
von Diolen mit niederem Molekulargewicht (d. h. Diole, welche ungefähr 2 bis
12 Kohlenstoffatome enthalten und wünschenswerterweise 2 bis 6
Kohlenstoffatome) mit Dicarboxylsäuren oder ihren Anhydriden,
welche 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten und vorzugsweise 4 bis
8 Kohlenstoffatome, vorausgesetzt, dass mindestens 50 Molprozent
dieser Säuren
oder Anhydride eine ethylenische Unsättigung enthalten. Beispiele
von Diolen enthalten 1-2-Propylenglykol, Ethylenglykol, 1-3-Propylenglykol,
Diethylenglykol, Di-1,2-Propylenglykol, 1,4-Butandiol, und Neopentylglykol.
Ein bevorzugtes Diol ist 1,2-Propylenglykol. Mischungen von Diolen
können
vorteilhafterweise auch verwendet werden. Bevorzugte Säuren enthalten
Fumarsäure
und Maleinanhydrid. Oft werden Mischungen von Säuren und/oder Anhydriden bei
den bevorzugten Säuren
oder Anhydriden verwendet und solche Verbindungen enthalten Phthalsäureanhydrid,
Isophthalsäure,
Terephthalsäure,
Adipinsäure
und Glutarsäure,
welche durch Verbindungen wie z. B. Organotitanate und Organozinnverbindungen,
wie z. B. Tetrabutyltitanat oder Dibutylzinnoxid katalysiert werden.
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Verschiedene
andere Typen ungesättigter
Polyester können
verwendet werden. Siehe US-A-3 538 043. Die Polyester werden typischerweise
durch Interpolymerisation von Maleinsäureanhydrid mit Oxiranen hergestellt,
welche mit Alkylen mit 0 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert sind.
Beispiele von Oxiranen enthalten Ethylenoxid, Propylenoxid und Butylenoxid.
Zusätzlich
zu Maleinsäureanhydrid
können
andere Anhydride in Mengen bis zu 50 Molprozent verwendet werden
(d. h. von 0 bis 50 Molprozent) der gesamten Anhydridbeladung, wobei
das Anhydrid 4 bis 10 Kohlenstoffatome hat, wie z. B. Phthalsäureanhydrid,
Nadicsäureanhydrid (nadic
anhydride), Methylnadicsäureanhydrid
(methyl nadic anhydride), Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid
und Cylcohexan-1,2-Dicarboyxylsäureanhydrid.
Das molare Verhältnis
von Oxiran zu Anhydrid kann zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 2,0 liegen
und vorzugsweise zwischen ungefähr
1,0 und ungefähr
1,3.
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Bei
der Herstellung der ungesättigten
Polyester aus Oxiranen und Anhydriden werden kleine Mengen von ungefähr 5 bis
ungefähr
30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Polyester bildenden
Monomers des Initiators verwendet. Beispiele spezifischer Initiatoren
enthalten Polyole, zum Beispiel Diole, Triole, Tetrole, mit 2 bis
12 Kohlenstoffatomen, oder Dicarboxylsäuren mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen,
wie z. B. Fumarsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure und
Adipinsäure.
Das Molekulargewicht der Polyole ist im allgemeinen weniger als
500, vorzugsweise weniger als 200. Diole und Dicarboxylsäureinitiatoren
führen
zu linearen, difunktionalen Polyesterketten mit einem Durchschnitt
von zwei Hydroxylendgruppen pro Polymerkette. Triole erzeugen Polyesterketten
mit einem Durchschnitt von 3 Armen und 3 Hydroxylendgruppen, und
Tetrole führen
zu 4-Armketten mit 4 Hydroxylendgruppen. Verschiedene Katalysatoren können verwendet
werden, wie z. B. ein Zinkhexacyanokobaltatkomplex, wie er in der
US-A-3 538 043 beschrieben ist.
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Unabhängig davon,
ob ein ungesättigter
Polyester, welcher aus einem Oxiran oder einem Diol hergestellt
wurde, verwendet wird, liegt dessen Molekulargewicht zwischen ungefähr 1000
und ungefähr
10 000, und vorzugsweise zwischen ungefähr 1200 und ungefähr 5000.
Der Polyesterteil der Lösung
des Polyesterharzes im ethylenisch ungesättigten Monomer kann zwischen
50 und 80 sein, und vorzugsweise zwischen 60 und 70 Gewichtsprozent
basierend auf dem gesamten Polyesterharzgewicht des Polyesters und
des ethylenisch ungesättigten
Monomers. Das Polyesterharz, welches aus dem Polyester und ethylenisch
ungesättigten
Monomeren besteht, kann zwischen 10 und 80 sein, und vorzugsweise
zwischen 10 und 30 Gewichtsprozent des zusammensetzten faserverstärkten Kunststoffes.
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Eine
andere wichtige Komponente einer typischen Formungszusammensetzung
der vorliegenden Erfindung sind ethylenisch ungesättigte Monomere
oder Vernetzungsmittel, wie z. B. eine polymerisierbare Vinyl- oder
Allylverbindungen, wie z. B. eine vinylsubstituierte aromatische
Verbindung mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Styrol, ein
bevorzugtes Monomer, Vinyltoluol, Divinylbenzol oder Diallylphthalat;
Acrylsäureester und
Methacrylsäurester,
wobei der Esterteil ein Alkyl ist mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen,
wie z. B. Methylacrylat, Ethylacrylat, N-Butylacrylate, 2-Ethylhexylacrylate,
Methylmethacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat oder Trimethylolpropantrimethacrylat.
Andere ungesättigte
Monomere enthalten Vinylacetat, Diallylmaleat, Diallylfumarat, Vinylpropionat
und Triallylcyanat. Mischungen der obigen Verbindungen können auch
verwendet werden. Die gesamte Menge der ungesättigten Monomere variiert im
allgemeinen zwischen 20 und 50, und wünschenswerterweise zwischen
30 und 40 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der ethylenisch
ungesättigten
Monomere und des Polyesters.
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Die
Faser kann im allgemeinen irgendeine Verstärkungsfaser sein, wie z. B.
Glas, Aramidnylon, Polyester, Graphit oder Bor. Die Faserstruktur,
welche geeignet ist zum Einbau in die Matrix, enthält im allgemeinen einzelne
Fasern, verschiedene Typen gewobener Fasern, oder irgendeinen allgemeinen
Typ nicht-gewobener Fasern. In der gewobenen Klasse enthalten ist
irgendein allgemeiner Typ gewobener Textilerzeugnisse oder gewobener
Faserstränge
(rovings). In der nicht-gewobenen Klasse sind im allgemeinen geschnittene
Spinnfäden
(chopped strands), kontinuierliche Filamente oder Faserstränge (rovings),
verstärkende
Matten, nicht-verstärkende
beliebige Matten, Faserbündel,
Garn und nicht-gewobene Textilerzeugnisse enthalten. Beschichtete Faserbündel mit
5 bis 50 oder 150 Strängen,
von welchen jeder 10 bis 50 Fasern hat, und welche mit einem herkömmlichen
Schlichtmittel, wie z. B. verschiedenen Aminosilanen, stark miteinander
verbunden sind, sind bevorzugt. Die Faserstruktur kann in der Matrix
zufällig
verteilt sein oder in ausgewählten
Ausrichtungen angeordnet sein, wie z. B. in parallelen oder kreuzweisen
Lagen, oder Dinmatten oder gewobene Textilerzeugnisse anordnen.
Die Fasern enthalten 5 bis 85 und vorzugsweise 20 bis 50 Gewichtsprozent
des Verbundwerkstoffes (composite). Die spezifische Menge der Faserstruktur
im Verbundwerkstoff kann gleich bleibend mit den physikalischen
Eigenschaften, welche im geformten Endverbundgegenstand gewünscht werden,
variiert werden.
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Verschiedene
andere Komponenten oder Additive können wahlweise verwendet werden,
um die Formungsverbindungszusammensetzung zu bilden. Zum Beispiel
können
verschiedene thermoplastische Polymere (Verbindung mit geringem
Profil (low profile) oder geringer Schrumpfung (low shrinkage))
verwendet werden. Typische Verbindungen mit geringem Profil enthalten
Polyvinylacetat, gesättigte
Polyester, Polyacrylate oder Methacrylate und gesättigte Polyesterurethane.
Die bevorzugte Menge solcher Polymere ist 10 bis 50 Gewichtsteile,
basierend auf dem Gewicht des ungesättigten Polyesters und der
Menge des ethylenisch ungesättigten
Monomers in der Mischung. Andere Additive, welche auch verwendet
werden können,
schließen
innere Formfreigabemittel, wie z. B. Zinkstearat; und mineralische
Füllstoffe,
wie z. B. Calciumcarbonat, Dolomit, Tone, Talks, Zinkborat, Perlit,
Vermikulit, hohle Glasbläschen,
massive Glasmikrokügelchen
und hydriertes Aluminiumoxid ein. Im allgemeinen können Füllstoffe
zu bis zu 80 Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung verwendet
werden, und wünschenswerterweise
zwischen 20 und 70 Gewichtsprozent, so dass eine Endzusammensetzung
hauptsächlich
aus Füllstoff
bestehen könnte.
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Zusätzlich zu
den Polyestern enthalten andere geeignete Matrixmaterialien Vinylesterharze.
Die allgemeine Struktur eines typischen Vinylesterharzes ist
wobei
R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe ist. Vinylesterharze
werden hergestellt, indem man Epoxyharze, wie z. B. die Additionsprodukte
von 1-Chloro-2,3-epoxypropane
mit 2,2'-Bis(4-hydroxyphenyl)propan entweder
mit Methacryl- oder Acrylsäure
reagieren lässt.
Die Unsättigung
am Ende kann mit Styrol auf die gleiche Weise vernetzt werden wie
ein ungesättigter
Polyester. Diese Verbindungen können
auf einer äquivalenten Gewichtsbasis
durch die ungesättigten
Polyesterharze dieser Erfindung zu bis zu 100 Prozent der ungesättigten
Polyesterharzkomponente substituiert werden.
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Herkömmliche
Katalysatoren können
verwendet werden, um die Matrix auszuhärten. Beispiele solcher Katalysatoren
zum Aushärten
der ungesättigten
Polyester- oder Vinylesterharze enthalten organische Peroxide und
Hydroperoxide, wie z. B. Benzoylperoxid, Dicumylperoxid, Cumenhydroperoxid
oder Paramethanhydroperoxid, welche allein oder mit Redoxsystemen verwendet
werden; Diazoverbindungen wie z. B. Azobisiosobutyronitril; Persulfatsalze
wie z. B. Natrium-, Kalium- und Ammoniumpersulfat, welche allein
oder mit Redoxsystemen verwendet werden; und die Verwendung von
ultraviolettem Licht mit photosensitiven Agenzien wie z. B. Benzophenon,
Triphenylphosphin oder organische Diazos. Die Mengen dieser Katalysatoren
variieren im allgemeinen zwischen 0,1 bis 5 und vorzugsweise zwischen
0,2 bis 2 Gewichtsteilen basierend auf 100 Gewichtsteilen der ungesättigten
Polyester, Vinylesterharze und ethylenisch ungesättigten Monomere.
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Die
kommerzielle Herstellung von FRP hängt von den besonderen Formungsoperationen
ab, welche durchgeführt
werden sollen, und der Struktur des geformten Teils. Die allgemeinen
Erfordernisse sind, dass die Harzkomponenten intensiv gemischt werden
und irgendwelche Füllstoffe
oder Fasern gut im Harz verteilt werden und ihre Oberflächen mit
dem Harz benetzt oder kontaktiert werden, um eine starke Grenzflächenbindung
zwischen den Komponenten zu gewährleisten.
Diese Misch- und Formungsvorgänge
sind allgemein bekannt. Bei einer bevorzugten Form eines SMC wird
das Polyesterharz mit seinen Zusätzen
und Katalysatoren gut gemischt. Geschnittene Glasfaser-Fasern, welche
zufällig
ausgerichtet sind, werden in das Harz gemischt. Das Kompositmaterial
wird weiter gemischt, um eine gute Faserbenetzung sicherzustellen
und wird sandwichartig in einen Bogen zwischen zwei Trägerfolien
gelegt. Dieser Bogen wird aufgenommen und aushärten gelassen. Die Trägerfolien
werden vor dem Formen entfernt. Der SMC-Bogen wird in Kompressionsformen
bei Drücken
bis zu 13,8 MPa (2000 psi) und Temperaturen bis zu 350°F (177°C) geformt.
Die Formungstemperatur hängt
von der Dicke der Teile, der Zeit in der Form und dem für die Polymerisation
des ethylenisch ungesättigten
Monomers und das Vernetzen des Polyesterharzes gewählten Katalysators
ab.
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Die
Beschichtung der zweiten Schicht des Laminats, wie angewendet, enthält eine
erste Füllstoff-/Verglasungskomponente,
welche ein Harz enthält,
welches aus der Gruppe bestehend aus Vinylesterharzen und der Kombination
von Vinylesterharzen und Polyesterharzen ausgewählt ist. Solche Harze liefern
eine schnelle Aushärtung
und eine gute Haftung. Geeignete Polyesterharze sind erhältlich von
Reichhold Chemicals, Inc., Research Triangle Park, Durham, N. C.
unter dem Polylite Warenzeichen und der Bezeichnung 32–374, welches
eine Mischung eines Maximum von 67% eines gesetzlich geschützten Polyesterharzes
und 38% eines Styrolmonomers (CAS #100-42-5) ist und welches einen
Siedepunkt von 146°C
(295°F),
einen Flüchtigkeitsprozentsatz
von 33–38%,
eine Dampfdichte schwerer als Luft und eine relative Dichte (specific
gravity) von 1,10 hat. Geeignete Vinylesterharze enthalten 8084
Vinylester, welches eine Mischung von 40–50% eines Styrolmonomers (CAS
#000100-42-5) und der Rest Vinylesterharz (CAS #068492-68-2) ist,
und welches einen Siedepunkt von 145,5°C (294°F), einen Dampfdruck von 7 mmHg
bei 20°C,
eine Dampfdichte von 3,6 basierend auf Styrol, und eine relative
Dichte von 1010–1035
hat, und 411–35
Vinylester, welches eine Mischung von 35–50% eines Styrolmonomers (CAS
#000100-42-5) und der Rest Vinylesterharz (CAS #036425-16-8) ist, und
welches einen Siedepunkt von 145,5°C (294°F), einen Dampfdruck von 7 mmHg
bis 20°C,
eine Dampfdichte von 3,6 basierend auf Styrol, und eine relative
Dichte von 1025–1075
hat, beide erhältlich
von Dow Chemical Company in Midland, Mich. unter dem Warenzeichen
Derakane.
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Ein
Styrolmonomer ist vorzugsweise in der Füllstoff-/Verglasungskomponente
enthalten, um die Polymerisationsrate zu erhöhen und um die Viskosität der Zusammensetzung
zu verringern. Es sollte jedoch beachtet werden, dass in Fällen, wo
Vinylester allein als Harz verwendet wird, ein eingekapseltes, auf
Erdöl basierendes
Wachs anstelle eines Teils des Styrols verwendet werden kann. Geeignete
Wachse schließen
BYK S-740 erhältlich
von Byk Chemie ein.
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Thixotrope
Tone, welche zur Verwendung bei der Füllstoff-/Verglasungskomponente der vorliegenden Erfindung
geeignet sind, schließen vorbefeuchtete
und trockene Organotone ein. Ein geeigneter vorbefeuchteter Ton
ist erhältlich
von Rheox, Inc. unter dem Handelsnamen MPA-60-x. Ein bevorzugter
trockener Ton ist quarternäres
Ammoniumbentonit, erhältlich
von United Catalysts, Inc. unter dem Handelsnamen Advitrol 6–8. Der
vorbefeuchtete Ton wirkt als ein Schwebemittel und verleiht der
Zusammensetzung auch thixotrope Eigenschaften, während der trockene Ton eine
schnelle Scherviskosität
und auch thixotrope Eigenschaften liefert.
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Pyrogenes
Siliciumdioxid (fumed silica) ist in der Füllstoff-/Verglasungskomponente enthalten, um
eine schnelle Viskosität
zu liefern, und wirkt auch als thixotropes Mittel. Das pyrogene
Siliciumdioxid ist im Handel erhältlich
von DeGussa Company unter dem Warennamen Aerosil 200. Das pyrogene
Siliciumdioxid wird vorzugsweise durch die Zugabe von Ethylenglykol
aktiviert.
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Die
Füllstoffe
für die
Füllstoff-/Verglasungskomponente
der vorliegenden Erfindung enthalten Talk und Calciumcarbonat. Diese
Füllstoffe
verleihen der Zusammensetzung thixotrope Eigenschaften und helfen
auch, dem beschichteten Substrat Schleifeigenschaften zu verleihen.
Ein bevorzugter Talk ist MP25-38 erhältlich von Genstar unter dem
Handelsnamen Camel Wire.
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Die
Füllstoff-/Verglasungskomponente
enthält
vorzugsweise ein Färbemittel,
um eine gefärbte
Oberflächenbeschaffenheit
zu bilden. Geeignete Färbemittel
enthalten schwarzes Eisenoxid, erhältlich von Pfizer, und Titandioxid
(Rutile) erhältlich
von SCM Chemicals unter der Bezeichnung Tiona RCL-9.
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Die
Füllstoff-/Verglasungskomponente
enthält
vorzugsweise auch Beschleunigungsmittel, um die Aushärtungszeit
zu beschleunigen. Geeignete Beschleuniger enthalten Dimethylanilin,
erhältlich
von Dupont unter der Bezeichnung N DMA, und Kobaltnaphthenat oder
Kobaltneodecanat, erhältlich
von Mooney Chemical, Inc. unter der Bezeichnung TEN-CEM. Andere geeignete
Beschleuniger enthalten Kupfernaphthenat, Kaliumhexonat, Dimethylparatoluidin,
und Mischungen davon.
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Die
Zugabe von Calium-Strontium-Zinkphosphosilikat zu der Füllstoff-/Verglasungskomponente
hilft die Haftung der Beschichtung auf dem geformten FRP-Teil sicherzustellen
und trägt
zur Haltbarkeit der Beschichtung bei. Daher sind die zwei wichtigsten
Eigenschaften der Beschichtung ihre überlegene Haftung (im Gegensatz
zu den meisten ungesättigten
Verbindungen) und ihre außerordentliche
Korrosionsbeständigkeit. Während es
die Kombination der Bestandteile der Füllstoff-/Verglasungskomponente
ist, welche zu diesem Ergebnis führt,
wird angenommen, dass das Phosphosilikat einen Hauptbeitrag in dieser
Hinsicht liefert.
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Das
bevorzugte organische Lösungsmittel
ist eine 50-50-Mischung von Aceton und Ethylacetat.
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Die
Füllstoff-/Verglasungskomponente
schließt
wahlweise auch 0 bis 12% eines Styrolmonomers, 0–4% eines Färbemittels ausgewählt aus
Titandioxid, schwarzem Oxid und Mischungen davon ein, und 0 bis 8%
Acrylharz, wenn das Hauptharz eine Kombination eines Vinylesterharzes
und eines Polyesterharzes ist.
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Die
Beschichtung enthält
ferner als Katalysatorkomponente 1 bis 50% und vorzugsweise 2 bis
4% eines Katalysators ausgewählt
aus Methylethylketonperoxid, Benzoylperoxid, Bortrifluorid, Polyamin,
Merkaptan, Isobiurat und Isocyanurat.
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Die
Füllstoff-/Verglasungskomponente
enthält
noch bevorzugter: eine Kombination von 20–30 Gewichts-% der gesamten
Füllstoff-/Verglasungskomponenten
eines Vinylesterharzes und 2–10
Gewichts-% eines Polyesterharzes, 5–10 Gewichts-% eines Styrolmonomers,
0,2 bis 4 Gewichts-% eines Färbemittels
ausgewählt
aus Titandioxid, schwarzem Oxid und Mischungen davon, 0,8–2% eines
Beschleunigers ausgewählt aus
Dimethylanilin, Kobaltnaphthenat, Kupfernaphthenat, Kaliumhexanoat,
Dimethylparatoluidin, Kobaltneodecanat und Mischungen davon; 25–35 Gewichts-%
eines Füllstoffes
wie z. B. Talk; 1–4
Gewichts-% einer Mischung thixotroper Tone; 0,5–2 Gwichts-% pyrogenen Siliciumdioxids
(fumed silica); 10 Gewichts-% Calcium-Strontium-Zinkphosphosilikat;
0–0,8%
Acrylharz; und 10–15%
Lösungsmittel.
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Die
Beschichtung enthält
als eine zweite Komponente eine bevorzugte Menge von 2–4 Gewichts-% der
Beschichtung einer Katalysatorkomponente.
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Die
bevorzugte Beschichtung der vorliegenden Erfindung wird aufgetragen,
wie in der US-A-5 371 117 angegeben, und ist in 10 Minuten trocken
zum Berühren,
in 30 Minuten trocken zum Handhaben und in einer Stunde wiederbeschichtbar.
Die zweiwichtigsten Eigenschaften sind ihre überlegene Haftung auf vielen
verschiedenen Substanzen (im Gegensatz zu den meisten ungesättigten
Verbindungen), und ihre Ausnahmekorrosionsbeständigkeit. Diese Beschichtung
hat eine überlegene
Kreuzschraffur-Haftung auf vielen unterschiedlichen Substraten.
Eingeritztes Material ohne obere Beschichtung, welches durch Sprühbeschichtung
auf Metall aufgetragen wurde bei nicht mehr als 2 1/2- 3 mil Trockenbeschichtungsgewicht,
zeigte 1500+ Stunden Widerstand gegen 5% Standard-Harshaw-Salznebel
bei ASTM B-117 mit geringem oder keinem Qualitätsverlust und kein Weiterkriechen
von Rost jenseits der eingeritzten Linie. Dies erlaubt, dass diese
Beschichtung solch ein hohes Maß an
Anwendungsflexibilität
liefert, welches sie als ungewöhnlich
für die
meisten Beschichtungen und sicherlich für die ungesättigten auf Harz basierenden
Beschichtungen festlegt.
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Diese
Beschichtung hat auch Fähigkeiten
zu hohen Aufträgen
im Vergleich zu herkömmlichen
Primern/Hochauftragsprimern. Sie sind im allgemeinen nur zu 20–65 μm Ablagerungen
in der Lage, wobei die vorliegende Beschichtung bis zu 230 μm in aufeinanderfolgenden
Nass-auf-Nass-Beschichtungen aufbauen kann, ohne Herablaufen oder
Auslaufen und ohne Schmutz-Risse aufgrund der Ablagerung zu verursachen oder
anderweitig das Aushärten
der Beschichtung zu beeinflussen.
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Da
die Beschichtung eine ungewöhnlich
hohe Pigmentvolumenkonzentration hat, hat sie die Fähigkeit alle
betroffenen Bereiche zu füllen
und zu überbrücken, selbst
Material mit "geringer
Dichte", und beseitigt
dadurch die Lösungsmittelherausplatzprobleme.
Sie hat auch eine außerordentliche
Haftung auf unvorbereitetem SMC, wie es über den ASTM sanktionierten
Querschraffur-Haftungstest getestet wurde.
