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Diese Erfindung betrifft eine Katalysatorzusammensetzung
zum Härten
einer radikalisch härtbaren Harzzusammensetzung,
ein Set aus zwei Packungen zum Bereitstellen einer radikalisch härtbaren
Harzzusammensetzung, die einen radikalischen Katalysator enthält, und
die Verwendung solch einer Katalysatorzusammensetzung zum Härten von
radikalisch härtbaren
Harzzusammensetzungen.
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Aus Sicherheitsgründen können zur Bildung von Radikalen
fähige
Katalysatoren (hierin im Folgenden als "radikalische Katalysatoren"
bezeichnet) nicht als reine Materialien transportiert werden. Daher
werden sie als Katalysatorzusammensetzungen bereitgestellt, die
einen aktiven Katalysator und ein Verdünnungsmittel enthalten. Typischerweise
sind bei einer im Handel erhältlichen
Sorte 50 Gew.-% Benzoylperoxid mit 50 Gew.% flüssigem Diisobutylphthalat vermischt,
während
in einer anderen Sorte festes Cyclohexylphthalat mit Benzoylperoxid
imprägniert
ist.
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Es wird jedoch angenommen, dass solche
Verbindungen wie Diisobutylphthalat östrogen sind und eine gesundheitliche
Gefahr darstellen können.
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Außerdem sind andere Peroxide,
wie z. B. Methylethylketonperoxid, derzeit im Handel nur in Zusammensetzung
erhältlich,
die beispielsweise Dimethylphthalat als stabilisierendes Verdünnungsmittel
enthalten. Da solche Zusammensetzungen eine besonders geringe Viskosität aufweisen,
besteht die Gefahr, dass beim Transport etwas verschüttet wird.
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Die Erfinder waren überrascht,
dass eine Zusammensetzung, die einen flüssigen gesättigten Polyester, wie er weiter
unten definiert ist, enthält,
die oben genannten Probleme vermeidet und doch in einem breiten Anwendungsbereich
hervorragende Ergebnisse beim Härten
radikalisch härtbarer
Polymere aufweist.
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Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung
eine Katalysatorzusammensetzung zum Härten einer radikalisch härtbaren
Harzzusammensetzung bereit, wobei die Katalysatorzusammensetzung
frei von radikalisch härtbarem
Harz ist und Folgendes umfasst:
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- (1) einen radikalischen Katalysator und
- (2) einen flüssigen
gesättigten
Polyester
- (a) umfassend Einheiten, die herrühren von
- (i) einer C3-12-Polycarbonsäure oder
einem reaktiven Derivat davon; und
- (ii) einem C2-12-Polyol oder einem reaktiven
Derivat davon; und
- (b) mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 500 bis
20.000, vorzugsweise von 1.000 bis 15.000, noch bevorzugter von
2.000 bis 10.000.
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Die Säurekomponente des flüssigen gesättigten
Polyesters ist eine C3-12-, vorzugsweise
eine C4-8-Polycarbonsäure, noch bevorzugter eine
Dicarbonsäure,
oder ein reaktives Derivat davon und stammt typischerweise von zumindest
einer von Adipin-, Bernstein-, Azelain-, Terephthal-, o-Phthal-,
Isophthal-, Malon-, Glutar-, Pimelin-, Suberin-, Sebacin-, Hemimellith-,
Trimellith- und Trimesinsäure
und reaktiven Derivaten davon.
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Die Glykolkomponente ist ein C2-12-, vorzugsweise ein C3-6-Polyol,
noch bevorzugter ein Diol, oder ein reaktives Derivat davon, wie
z. B. Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol,
1,6-Hexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Diethylenglykol und Polyethylenglykol
mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen.
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Ein typisches Beispiel für den flüssigen gesättigten
Polyester ist Poly(1,3-butandioladipat), das vorzugsweise ein gewichtsmittleres
Molekulargewicht von 5.000 bis 6.000 aufweist.
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Die Viskosität des flüssigen gesättigten Polyesters hängt vom
Zweck der Anwendung ab, und die Zusammensetzung kann dünn wie Wasser
sein oder die Viskosität
einer dicken Paste aufweisen.
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Die jeweilige Wahl des gesättigten
Polyesters hängt
von seiner Verträglichkeit
mit der zu härtenden Harzzusammensetzung
ab.
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Ein besonders bevorzugtes Beispiel
ist ein Polymer von 1,3-Butandioladipat mit einem gewichtsmittleren
Molekulargewicht Mw von 5.162, einem zahlenmittleren Molekulargewicht
Mn von 2.369 und einem Z-mittleren Molekulargewicht Mz von 8.304,
bestimmt durch eine Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) unter
Verwendung eines Polystyrol-Eichstandards in Tetrahydrofuran. Produkte
wie dieses sind im Handel erhältlich
und werden zur Verwendung als Weichmacher in PVC usw. empfohlen.
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Der aktive Katalysator kann jede
Verbindung sein, die zur Bildung von Radikalen zum Härten der
radikalisch härtbaren
Harzzusammensetzung, üblicherweise
in Gegenwart eines Beschleunigers in der Harzzusammensetzung, fähig ist.
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Die Wahl des Katalyators hängt vom
Zweck der Anwendung ab. Üblicherweise
sind das organische Peroxidverbindungen, beispielsweise Ketonperoxide,
wie z. B. Methylethylketonperoxid, Cyclohexanperoxid, Methylisobutylketonperoxid,
Acetylacetonperoxid und Dacetonalkoholperoxid, Aryloyl- und Alkanoylperoxide, wie
z. B. Benzoylperoxid (manchmal auch "Dibenzoylperoxid" genannt)
und Acetylperoxid, Perester, wie z. B. tert-Butylperoxy-2-ethylhexanat
und tert-Butylperoxybenzoat, Perketale, wie z. B. 1,1-Bis(tert-butylperoxy)cyclohexan
und 1,1-Bis(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, und Gemische
davon. Solche Katalysatoren werden gewöhnlich in Gegenwart eines Beschleunigers
eingesetzt. Beispielsweise wird Methylethylketonperoxid üblicherweise
in Gegenwart eines Metallsalzes, wie z. B. Kobaltoctoat oder Kobaltnaphthenat,
eingesetzt, während
Benzoylperoxid üblicherweise
in Gegenwart eines Aminbeschleunigers, beispielsweise eines primären Amins,
wie z. B. Dimethyl- oder Diethylanilin, eingesetzt wird, und auch
insbesondere mit einem Epoxy-p-Toluidin-Addukt eingesetzt werden
kann, wie z. B. Benzoylperoxid-Aminbeschleunigersysteme, die in
vielen Anwendungen, insbesondere in Anwendungen als Kleber und Fugenmasse,
eine kürzere
Gelzeit mit rascherer Durchhärtung
ergeben.
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Ein allgemeiner Vorteil, der durch
die Verwendung einer Katalysatorzusammensetzung gemäß vorliegender
Erfindung gewonnen werden kann, ist, dass die Verwendung eines flüssigen gesättigten
Polyesters als Katalysatorträger
den Ersatz herkömmlicher
Verdünnungsmittel,
insbesondere stabilisierender Verdünnungsmittel (manchmal auch
"Phlegmatizer" genannt), die in im Handel erhältlichen Katalysatorzusammensetzungen
enthalten sind, ermöglicht.
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Solch ein flüssiger gesättigter Polyester kann so gewählt werden,
dass er mit dem zu katalysierenden ungesättigten Polymer besonders verträglich ist.
Das ermöglicht
eine beträchtliche
Verdünnung
des aktiven Katalysators, wenn das gewünscht wird. Das wiederum ermöglicht besonders
effizientes und gleichmäßiges Einmischen
des aktiven Katalysators in das Harz und die Verwendung relativ
geringer Konzentrationen des aktiven Katalysators, ohne dass eine
uneinheitliche Verteilung im Harz befürchtet werden muss. Dadurch
kann eine klare Verbindung zwischen der eingesetzten Menge des aktiven
Katalysators und der erwarteten Gelzeit hergestellt werden. Somit
ist es möglich,
die Gelzeit durch die Einstellung der Konzentration des aktiven
Katalysators in der Katalysatorzusammensetzung feinabzustimmen.
Dies bietet neben der Einstellung der Beschleunigerkonzentration
eine alternative oder zusätzliche
Möglichkeit.
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Die Verwendung eines flüssigen gesättigten
Polyesters als stabilisierendes Verdünnungsmittel umgeht die Notwendigkeit,
möglicherweise
schädliche
Chemikalien, wie z. B. Diisobutylphthalat, einzusetzen. Außerdem können, wenn
ein Polyester mit einer etwas höheren
Viskosität
verwendet wird, die Gefahr des Verschüttens oder anderer Nachteile
in Zusammenhang mit niederviskosen Trägern verringert werden. Darüber hinaus
ist der Polyester mit einer Vielzahl von ethylenisch ungesättigten,
radikalisch härtbaren
Harzzusammensetzungen verträglich.
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Die proportionale Menge des aktiven
Katalysators in der Katalysatorzusammensetzung vor deren Aufnahme
in eine radikalisch härtbare
Harzzusammensetzung hängt
vom Zweck der Anwendung ab und kann im Bereich von 0,5 bis zu 60
Gew.-% der gesamten Zusammensetzung liegen.
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Außerdem muss bei manchen Anwendungen
das herkömmliche
Verdünnungsmittel,
das in einer im Handel erhältlichen
Katalysatorzusammensetzung enthalten ist, nicht ersetzt werden;
bei Anwendungen, bei denen eine stärker verdünnte Katalysatorzusammensetzung
erwünscht
ist als die 50%-Aktiv-Zusammensetzungen, die im Allgemeinen für manche
Katalysatoren bereitgestellt werden, kann das zusätzliche
Verdünnungsmittel
durch den flüssigen
gesättigten
Polyester bereitgestellt werden. Ein Beispiel dafür ist die
Verwendung eines Applikators, wie er weiter unten beschrieben ist,
in welchem Falle die proportionale Menge des aktiven Katalysators
in der Katalysatorzusammensetzung vorzugsweise 2 bis 25 Gew.-%,
noch bevorzugter 2 bis 20 Gew.-%, insbesondere 5 bis 15 Gew.-% der
gesamten Katalysatorzusammensetzung beträgt.
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So stellt die Erfindung gemäß einem
weiteren Aspekt im Allgemeinen die Verwendung einer Katalysatorzusammensetzung
zum Härten
einer radikalisch härtbaren
Harzzusammensetzung bereit, welche vor der Verwendung frei von radikalisch
härtbarem
Harz ist und einen wie oben definierten radikalischen Katalysator und
flüssigen
gesättigten
Polyester umfasst.
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Die radikalisch härtbare Harzzusammensetzung,
für die
die Katalysatorzusammensetzung verwendet werden kann, kann ein ungesättigtes
Polymer, insbesondere ein ethylenisch ungesättigtes Polymer, enthalten und,
je nach Zweck der Anwendung, zusätzlich
ein vernetzbares Monomer und beliebige andere Additive umfassen.
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Typische ungesättigte Polymere sind beispielsweise
ungesättigte
Polyester, wie z. B. jene, die durch Umsetzen eines oder mehrerer
Glykole mit einer ungesättigten
Dicarbonsäure
oder ihrem Anhydrid oder mit einem Gemisch der ungesättigten
Säure oder
ihres Anhydrids mit einer gesättigten
Dicarbonsäure
oder ihrem Anhydrid erhalten werden. Gegebenenfalls können auch
kleinere Mengen von Alkoholen, Polyolen, einbasigen oder mehrbasigen
Säuren
in das Reaktionsgemisch, aus dem die ungesättigten Polyester gebildet
werden, aufgenommen werden, wobei das Reaktionsgemisch auch Dicyclopentadien
enthalten kann, um die Polyester zu modifizieren.
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Andere ungesättigte Polymere, die unter
Einsatz dieser Verfahren zu Harzzusammensetzungen gemäß vorliegender
Erfindung verarbeitet werden können,
sind Vinylesterpolymere (die durch Umsetzen von Acryl- oder Methacrylsäure mit
Epoxyharzen erhalten werden können)
und Urethanacrylatpolymere, insbesondere Polyurethane mit Acrylat-Endgruppen.
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Für
die meisten Anwendungen wird das ungesättigte Polymer in einem vernetzbaren
Monomer, das zur Copolymerisation mit dem ethylenisch ungesättigten
Polymer fähig
ist, gelöst
oder dispergiert, wobei der Vernetzen jedes geeignete Vinylmonomer,
wie z. B. Styrol, Vinyltoluol, p-Methylstyrol, Chlorstyrol, t-Butylstyrol, Methylmethacrylat,
ein Glykoldiacrylat oder Diallylphthalat sein kann.
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Der Vernetzer ist vorzugsweise in
einer Menge von 25 bis 50 Gew.-%, noch bevorzugter von 30 bis 40 Gew.-%,
bezogen auf den gesamten Harzgehalt, einschließlich des ungesättigten
Polymers, Vernetzers und flüssigen
ungesättigten
Polyesters, vorhanden.
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Solche ungesättigten Polymere, insbesondere
Polyester, Vinylester und Urethanacrylatpolymere, können beim
Formen, beispielsweise beim Pressformen, wobei Zusammensetzungen
wie Teigpressmassen (DMC), Feuchtpressmassen (BMC), Dickpressmassen
(TMC) und Prepregs eingesetzt werden, in Spritzgussverfahren, einschließlich des
Harz-Spritzgussverfahrens
(RIM), z. B. Spritzgussverfahren für verstärkte Harze (RRIM), und bei
Vakuumspritzgussverfahren und Spritzpressverfahren, insbesondere
Harz-Spritzpressverfahren (RTM), in herkömmlichen faserverstärkten Kunststoffen
(FK), speziell in glasfaserverstärkten
Kunststoffen (GFK) beim Formen, bei Pultrusionsverfahren, bei Handlaminierung
(einschließlich
Sprühanwendungen)
und als Kleber, Fugenmassen, wie z. B. Spachtelmasse für Karosseriereparaturen,
Dichtungsmaterialien und Kalfater sowie Felsanker eingesetzt werden.
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Sie können auch eingesetzt werden,
um bei der Anwendung von Kleberzusammensetzungen, insbesondere bei
gewerblichen Kleberanwendungen, bei denen einfaches und rasches
Auftragen von besonderer Bedeutung sind, spezielle Vorteile bereitzustellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt stellt
die Erfindung ein Set aus zwei Packungen zum Bereitstellen einer radikalisch
härtbaren
Harzzusammensetzung, die einen radikalischen Katalysator enthält, bereit,
wobei das Set eine erste Packung, die eine Katalysatorzusammensetzung
enthält,
und eine zweite Packung, die eine Harzzusammensetzung enthält, umfasst;
wobei
die Katalysatorzusammensetzung eine oben definierte Katalysatorzusammensetzung
ist und wobei die Harzzusammensetzung eine radikalisch härtbare Harzzusammensetzung
ist, die frei von radikalischem Katalysator ist, und
wobei
der flüssige
gesättigte
Polyester der Katalysatorzusammensetzung im Set aus zwei Packungen
in einer Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht des flüssigen gesättigten
Polyesters in der ersten Packung und der Harzkomponente der Harzzusammensetzung
in der zweiten Packung, von 0,5 bis 15 Gew.-% enthalten ist.
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Geeigneterweise liegt das Set aus
zwei Packungen in Form eines Applikators zum gleichzeitigen Aufbringen
der Katalysator- und der Harzzusammensetzung aus der ersten bzw.
der zweiten Packung vor, wobei der Applikator eine Patrone umfasst
und wobei die Patrone Folgendes umfasst:
ein erstes Kolbengehäuse, das
eine erste Kammer definiert, welche die erste, die Katalysatorzusammensetzung
enthaltende Packung bildet,
ein zweites Kolbengehäuse, das
in Längsrichtung
die gleiche Erstreckung wie das erste Kolbengehäuse aufweist und eine zweite
Kammer definiert, welche die zweite, die Harzzusammensetzung enthaltende
Packung bildet, die getrennt von der Katalysatorzusammensetzung
ist,
wobei das erste und das zweite Kolbengehäuse beide
an einem jeweiligen axialen Ende davon geschlossen sind, wodurch
ein geschlossenes axiales Ende der Patrone definiert wird, aber
an den geschlossenen axialen Enden jeweilige Öffnungen aufweisen, um das
Austreten der Katalysator- und der Harzzusammensetzung aus der ersten
bzw. der zweiten Kammer zu ermöglichen,
wobei
der Applikator zusätzlich
ein Paar Kolbenelemente umfasst, die jeweils einer von erster und
zweiter Kammer zugeordnet sind und jeweils an einem vom geschlossenen
axialen Ende entfernten, axialen Ende davon angeordnet sind, um
die Katalysator- und die Harzzusammensetzung durch die Öffnungen
aus der ersten und der zweiten Kammer zu drängen.
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Vorzugsweise ist das erste Kolbengehäuse, das
die erste Kammer definiert, eine Hohlröhre und das zweite Kolbengehäuse ein äußeres Gehäuse, in
welchem Gehäuse
die Hohlröhre
in Längsrichtung
in Bezug auf das Gehäuse
angeordnet ist, wodurch das äußere Gehäuse und
die Hohlröhre
gemeinsam die zweite Kammer definieren.
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Idealerweise umfasst der der Applikator
zusätzlich
eine Mischkammer in Fluidverbindung mit jeder der Öffnungen,
die an den jeweiligen geschlossenen axialen Enden des ersten und
des zweiten Kolbengehäuses vorgesehen
sind, um das Mischen der Katalysator- und der Harzzusammensetzung
vor deren Abgabe zu ermöglichen.
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Die Mischkammer ist vorzugsweise
ein Einwegartikel, so dass der Rest des Applikators auch in späteren Anwendungen
verwendet werden kann, nachdem eine neue Mischkammer über den
jeweiligen Öffnungen
angebracht wurde, beispielsweise durch Gewindeeingriff mit einem
Auslaufventil, das an dem mit Öffnung versehenen
axialen Ende der Patrone vorsteht.
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Die Mischkammer kann einen Innenumfang
mit Profil, beispielsweise einer Schraubenspirale, aufweisen, um
den Mischvorgang zu unterstützen.
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Ein typischer, im Handel erhältlicher
Applikator besteht aus einem Spender in Form eines Gestells, das die
Patrone und einen Aktivator-Plungerkolben hält, der in einer Vorabgabeposition
festgestellt werden kann, jedoch gelöst werden kann, um sich als
Folge der Betätigung
eines Handgriffs nach vorne zu bewegen. Das erste und zweite Kolbengehäuse enthalten
jeweils einen zentralen Abgabekolben und eine konzentrischen Abgabering,
der im ersten bzw. zweiten Kolbengehäuse beweglich ist, um die Katalysator- bzw. Harzzusammensetzung
auszustoßen.
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Der Plunger ist mit seinem axialen
Ende an die Kolbengehäuse
angrenzend angeordnet, und zwar mittels einer Metallstange, die
den Abgabekolben des ersten Kolbengehäuses und einen konzentrischen
Ring verbindet, der mit dem konzentrischen Abgabering, welcher den
Kolben der zweiten Kammer bereitstellt, in Eingriff steht.
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So drückt der Plunger bei Betätigung des
Handgriffs beide Kolben gleich weit in die jeweiligen Kolbenkammern
der Patrone, wodurch die jeweiligen Mengen in der ersten bzw. zweiten
Kolbenkammer in die Mischkammern, die direkt proportional zu den
jeweiligen Oberflächen
der beiden Kolbenkammern sind, entleert werden.
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Derartige Zusammensetzungen weisen
in solchen Patronen hervorragende Lagerstabilität auf.
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Wenn die Zusammensetzung als Kleber
oder als Fugenmasse, wie z. B. als Dichtungsmittel oder Kalfaterverbindung,
aufgetragen werden soll, erlaubt der Applikator ebenfalls besonders
effizientes Mischen der Katalysatorzusammensetzung mit der Harzzusammensetzung,
welche thixotrop ist, d. h. ein pseudo-plastisches Viskositätsprofil
unter Scherung aufweist, aber mit einer Erholungszeit. Mit anderen
Worten nimmt die Visko sität
unter Einfluss von Scherung ab, während sich die Viskosität nach einiger
Zeit auf ihren ursprünglichen
Wert erholt, wenn die Scherung aufhört.
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Zum effektiven Vermischen (zur effektiven
Patronenherstellung) sollte das maximale Volumsverhältnis zwischen
Harzzusammensetzung und Katalysatorzusammensetzung vorzugsweise
20 : 1, noch bevorzugter 1 : 1 bis 15 : 1, noch bevorzugter 5 :
1 bis 10 : 1, und insbesondere 10 : 1 betragen.
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Die Harz- und Katalysatorzusammensetzung
sollten außerdem
vorzugsweise ähnliche
Viskositäten aufweisen,
um das Vermischen zu verbessern.
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Der Anteil des aktiven Katalysators
im Verhältnis
zur Gesamtmenge des ungesättigten
Polymers, jeglichen Vernetzers im ungesättigten Polymer und des flüssigen ungesättigten
Polyesters in der Endzusammensetzung beträgt üblicherweise etwa 0,5 bis 1,5,
insbesondere etwa 1, Gew.-%.
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Wenn ein Set aus zwei Packungen gemäß vorliegender
Erfindung eingesetzt wird, ist der aktive Katalysator in der Katalysatorzusammensetzung
enthalten, während
jeglicher Beschleuniger in der Harzzusammensetzung vorliegt.
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Wie oben erwähnt, ist es möglich, herkömmliche
Verdünnungsmittel,
wie z. B. stabilisierende Verdünnungsmittel
in im Handel erhältlichen
Katalysatorzusammensetzungen, durch den flüssigen gesättigten Polyester, der in einer
Zusammensetzung gemäß vorliegender
Erfindung vorhanden ist, zu ersetzen. Bei der oben erwähnten Anwendung
sind jedoch immer noch bedeutende Vorteile der oben genannten Patronenanwendung zu
erzielen, auch wenn der eingesetzte aktive Katalysator beispielsweise
zwei Volumsteile einer 50% aktiven Katalysatorzusammensetzung ausmacht,
welche mit dem gesättigten
Polyester (und gegebenenfalls einem Füller) verdünnt wird, um zehn Teile Katalysatorzusammensetzung
im Spender bereitzustellen. Nichtsdestotrotz mag es sogar bei solchen
Anwendungen zu bevorzugen sein, die Gegenwart von anderen flüssigen Verdün nungsmitteln
als dem flüssigen
gesättigten
Polyester, der in einer Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung vorhanden
ist, zu vermeiden.
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Im Gegensatz zu solch einer Zusammensetzung
werden, so wurde herausgefunden, wenn, um die Anforderungen für eine Patronenanwendung
zu erfüllen,
ein herkömmliches
Verdünnungsmittel,
beispielsweise Diisobutylphthalat, bloß in größeren Mengen eingesetzt wird
(anstelle des gesättigten
Polyesters), die Eigenschaften des gehärteten Produkts im Vergleich
zu jenen eines Produkts, das unter Einsatz einer Katalysatorzusammensetzung
gemäß vorliegender
Erfindung hergestellt wird, ernsthaft beeinträchtigt.
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Die Erfinder glauben, dass eine Katalysatorzusammensetzung
gemäß vorliegender
Erfindung besonders gute Ergebnisse bringt, wenn sie zusammen mit
einer Kleberzusammensetzung eingesetzt wird, in welcher das ungesättigte Polymer
ein Polyurethan mit Acrylat-Endgruppen, ein Poly(vinylester) oder
ein ungesättigter
Polyester ist.
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Polyurethane mit Acrylat-Endgruppen
sind insbesondere als Kleber zur Verwendung bei der Herstellung
von Strukturen wie Booten und Schiffen, die aus faserverstärkten ungesättigten
Polyestern geformt werden, nützlich,
vor allem wenn das Deck und der Aufbau oder Spanten oder Schotte
mit dem oder im Schiffskörper
verbunden werden müssen.
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Das Auftragen solch eines Klebers
entweder zwischen dem Deck und einem darauf plazierten Spanten oder
entlang von Längskanten,
an denen das Deck und die Spanten zusammentreffen, kann vor allem
unter Einsatz des oben erwähnten
Spenders gut durchgeführt
werden.
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In einer weiteren alternativen Anwendung
können
solche Polyurethane mit Acrylat-Endgruppen in Schichten eines Laminats
nahe dem schwächsten
Punkt einer Verbindung zwischen solchen zu verbindenden Strukturelementen
mit Polyester gemischt werden.
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Das gibt den Verbindungen ausreichend
Flexibilität,
um plötzlichen
Belastungen oder Stößen ohne Bruch
standzuhalten.
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Insbesondere für Laminieranwendungen bringt
eine Zusammensetzung gemäß vorliegender
Erfindung, die Methylethylketonperoxid in einem flüssigen Polyester
enthält,
hervorragende Resultate.
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Bei allgemeiner Verwendung als Kleber
werden auch bei Einsatz von Benzoylperoxid als Katalysator hervorragende
Ergebnisse erzielt. Dieses ist als 50-Gew.-%-Aktivgemisch mit beispielsweise
Diisobutylphthalat als Verdünnungsmittel
im Handel erhältlich
(als BT 50 von Akzo). Dieser Katalysator nimmt schon vor Einmischen
des gesättigten
Polyesters die Form einer Paste an. Zufrieden stellende Ergebnisse
wurden durch Verdünnen
der Paste mit dem gesättigten
Polyester erhalten.
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Eine alternative im Handel erhältliche
Zusammensetzung ist ein Pulver, das aus 50 Gew.-% aktivem Benzoylperoxidkatalysator,
der mit Cyclohexylphthalat beschichtet ist besteht, welcher vor
dem Vermischen mit dem flüssigen
gesättigten
Polyester, der in der Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung vorhanden
ist, kristallin ist.
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Wenn die Verdünnung durch Zusetzen eines
herkömmlichen
Diisobutylphthalats erfolgt, um eine Zusammensetzung bereitzustellen,
die 10% aktiven Katalysator enthält
und für
eine Anwendung mit einem Spender geeignet ist, weist der resultierende
Kleber geringe Durchhärtung
auf. Wenn es, auf der anderen Seite, im selben Ausmaß mit dem
flüssigen
gesättigten
Polyester gemäß vorliegender
Erfindung verdünnt
wird, ergibt dieses Produkt besonders gut gehärtete Kleber.
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Neben dem Auftragen als Kleber aus
einer Patrone kann die Zusammensetzung, bei der eine aus dem ersten
Kolbengehäuse
bereitgestellte Katalysatorkomponente mit einer aus dem zweiten
Kolbengehäuse
bereitgestellte Harzzusammensetzung vermischt wird, auch als Spachtelmasse
für Karosserien
verwendet werden.
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So verlangen Spezialisten für Autokarosserien
nach dem Patronenansatz, bei dem eine einzige Zusammensetzung aufgetragen
wird, um die Notwendigkeit, einen Katalysator aus einer Dose mit
Spachtelmasse aus einem Fass zu vermischen, zu vermeiden. So werden
auch Schwankungen in der Katalysatormenge aufgrund schlechter Vermischung
vermieden.
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Derzeit enthalten solche Zusammensetzungen
große
Mengen eines monomeren Phthalatweichmachers, der als Spachtelmasse
für Karosserien
nur langsam härtet
und sich nachteilig auf die Eigenschaften des gehärteten Endprodukts
auswirkt, z. B. verringerte Substrat-Haftfestigkeit, Härte und
Schleifbarkeit.
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Eine Zusammensetzung gemäß vorliegender
Erfindung vermeidet solche Schwierigkeiten.
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Im Folgenden werden insbesondere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele, in denen
Teile, wenn nicht anders angegeben, Gewichtsteile sind, und auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin:
die
1–
4 Kurven
aus Differentialscanningkalorimetrie (DSC) sind, wie in den Beispielen
2–5 beschrieben. Dabei
wurde ein Mettler-Toledo-Kalorimeter verwendet. Die
1,
3 und
4 enthalten jeweils mehrere
Kurven, die unabhängig
erstellt, zu Vergleichszwecken jedoch übereinandergelegt wurden. Jede
der Kurven in den
1-
4 wurde nach 24-stündiger Härtung bei
Raumtemperatur erstellt. Nach dem Härten wurde die Probe auf 0°C abgekühlt und
dann innerhalb von 10 Minuten auf 200°C erhitzt, wobei ein Temperaturanstieg
von 20°C eingestellt
wurde, wie auf der X-Achse dargestellt ist. Das durch die Y-Achse
dargestellte Signal ist jenes nach Abstimmung auf das Gewicht der
Probe. Ein exothermer Peak weist auf weitere Härtung hin, was zeigt, dass die
anfängliche
Härtung
keine Durchhärtung
war. BEISPIEL
1
A. Katalysatorzusammensetzung
(1)
Katalysatorkomponente-Dibenzoylperoxid (50% aktiver Katalysator
in Cyclohexylphthalat, im Handel als Lucidol CH 50X erhältlich); | 13,5 |
(2)
Polymer von 1,3-Butandioladipat mit einem gewichtsmittlere Molekulargewicht
Mw von 5.162, einem zahlenmittleren Molekulargewicht Mn von 1.369
und einem Z-mittleren Molekulargewicht Mz von
8.304, bestimmt durch eine Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) unter Verwendung
eines Polystyrolkalibrationsstandards in THF; | 36,0 |
(3)
Füllstoff-Titandioxid
(im Handel erhältlich
als TR81); | 50 |
(4)
Thixotrop-Kieselsäurerauch
(im Handel erhältlich
als Wacker N 20). | 0,5 |
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B. Herstellung einer Katalysatorzusammensetzung
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Die Komponenten (1) und (2) wurden
vermischt, und dann wurden die Komponenten (3) und (4) zugesetzt
und mit den Komponenten (1) und (2) vermischt, um unter Einsatz
eines mit einer Kühlwasserummantelung – zur Sicherstellung,
dass die Temperatur während
des Mischens nicht über
25°C stieg, – ausgestatteten
Mischers mit starker Scherung eine pumpfähige Suspension zu bilden. C.
Harzzusammensetzung
(1)
Harzlösung
- ungesättigter
Polyester in Styrol gelöst
(siehe unten) | 100 |
(2)
Aminbeschleuniger - Epoxy-p-toluidin | 1 |
(3)
Thixotrop-Kieselsäurerauch
(im Handel erhältlich
als Wacker N 20) | 2,5 |
(4)
Styrol-Flüchtigkeitsunterdrücker – ein Wachs
(im Handel erhältlich
als BYK S750) | 1,5 |
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D. Herstellung einer Harzlösung
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Der ungesättigte Polyester war ein zweistufiges
Harz, das aus den folgenden Komponenten gebildet wurde:
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Die Komponenten der ersten Stufe
wurden bis maximal 230°C
umgesetzt, bis eine Säurezahl
von 30 ± 3
erreicht wurde.
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Im zweiten Schritt wurde das Maleinanhydrid
bis zu einer Maximaltemperatur von 225 °C umgesetzt, bis eine Säurezahl
von 32 ± 1
erreicht wurde. An diesem Punkt wurden die üblichen Stabilisatoren/Inhibitoren zugesetzt,
und das Harz wurde abgekühlt
und mit Styrol verdünnt,
um ein Harz-Styrol-Verhältnis
von 68 : 32 zu erhalten. Die endgültige Säurezahl lag zwischen 18 und
22 mg KOH/g, und die Shirley-Ferranti-A-Konus-Viskosität bei einer
Scherung von 37,35 s–1 betrug 8,5 bis 10,5
Poise. Anmerkung: Ein leichter Überschuss an
Glykol gegenüber
der Säure
wurde eingesetzt, um kleine Verluste davon zuzulassen, die als Destillat
zusammen mit dem durch den Reaktionsvorgang freigesetzten Wasser
mitgeschleppt wurden.
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E. Herstellung einer Harzzusammensetzung
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Die oben hergestellte Harzlösung wurde
(als Komponente (1) in C oben) mit den Komponenten (2) und (3) vermischt,
um eine Zusammensetzungsmasse zu bilden. Das Mischen wurde unter
Einsatz eines Torrance-Mischers mit starker Scherung durchgeführt, und
dann wurde Komponente (4) zugesetzt.
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F. Auftragung
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Die in A aufgeführte und wie in B hergestellte
Katalysatorzusammensetzung wurde in eine erste, innere Kammer eines
Applikators mit einer zweiteiligen Patrone, wie er weiter oben beschrieben
wurde, und die in C aufgeführte
und wie in E hergestellte Harzzusammensetzungsmasse wurde in eine
zweite, äußere Kammer
der zweiteiligen Patrone gefüllt,
wobei die innere und äußere Kammer
konzentrisch zueinander waren. Das Volumsverhältnis zwischen der Harzzusammensetzung
in der äußeren Kammer
und der Katalysatorzusammensetzung in der inneren Kammer betrug
10 : 1. Ein Kolben des Applikators wurde dann aktiviert, um die Katalysator-
und Harzzusammensetzung in eine gemeinsame Mischkammer und durch
einen Düsenausgang der
Mischkammer heraus zu pressen.
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G.
Ergebnisse
(a) Härtungseigenschaften
Tabelle
1
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Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist,
wirkt sich der Amingehalt stark auf die Gelzeit aus, hat aber etwas geringere
Auswirkungen auf die Zeit bis zur Berührungstrockenheit.
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(b) Klebeeigenschaften
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Um die Klebeeigenschaften der Zusammensetzung
wurden die Überlappungsscherfestigkeiten
nach dem Verfahren gemäß BS 4994
getestet.
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Nach vier Stunden wurde eine (Haft-)Störung mit
einem Mittelwert von 8,3 MPa gemessen. Auch Tests an den Proben
nach 24 Stunden zeigten keine Verbesserung, was zeigt, dass nach
vier Stunden Durchhärtung erzielt
war.
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Neben ihrer Verwendung als Kleber
kann diese eine Katalysator enthaltende Harzzusammensetzung auch
als Fugenmasse oder Kalfater eingesetzt werden.
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(c) Stabilitätstest
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In einem Stabilitätstest wurde die innere Kammer
einer Patrone, wie sie in F oben erwähnt ist, wieder mit einer Katalysatorzusammensetzung,
wie sie in A definiert ist, befüllt,
während
die äußere Kammer
mit einer Harzzusammensetzung befüllt wurde.
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Die Patrone wurde sechs Wochen lang
auf 30°C
gehalten, wonach keine Verschlechterung der Katalysatorzusammensetzung
bemerkbar war, da die Katalysatorzusammensetzung immer noch verwendbar
war und, nach der Aktivierung, im Vergleich mit den sechs Wochen
vorher gemessenen Ergebnissen unveränderte Gelzeiten und Härtungseigenschaften
aufwies.
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Beispiel 2
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Unter Verwendung derselben Katalysatorzusammensetzung
(umfassend einen Katalysator, einen gesättigten Polyester, einen Füllstoff
und ein Thixotrop) und Harzzusammensetzung wie in Beispiel 1, einschließlich desselben
Aminbeschleunigers (Epoxy-p-toluidin), aber mit einer Konzentration
von 2% anstatt 1%, bezogen auf das Gewicht der Harzzusammensetzung
C, wurde eine härtbare
ungesättigte
Polyesterharzzusammensetzung hergestellt, indem die Katalysator-
und Harzzusammensetzung vermischt wurden. Die resultierende härtbare Zusammensetzung
wurden dann 24 Stunden lang bei Raumtemperatur härten gelassen. Ein Teil der
gehärteten
Zusammensetzung wurde einem Shore-D-Härtetest unterzogen, dann 3
Stunden lang bei 80°C
nachgehärtet
und schließlich
wieder einem Shore-D-Härtetest
unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt, in
der die Katalysatorzusammensetzung als "2% CH5OX:ADIPAT/FÜLLSTOFF
(1 : 4)"-Katalysator bezeichnet wird.
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Ein weiterer Teil der oben genannten
Zusammensetzung, der 24 Stunden lang härten gelassen (nicht aber nachgehärtet) wurde,
wurde oben beschriebener DSC unterzogen, und die Kurve ist in 1 dargestellt (Kurve 4).
Hier wird die Zusammensetzung als "10% Adipat-erweiterter" Katalysator
bezeichnet.
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Zum Vergleich wurde dieselbe ungesättigte Polyesterharzzusammensetzung
wie in Beispiel 1 und oben mit unterschiedlichen Katalysatorzusammensetzungen
vermischt, und die resultierenden härtbaren ungesättigten
Polyesterharzzusammensetzungen wurden wie oben 24 Stundenlang härten gelassen.
Die gehärteten
Zusammensetzungen wurden dann denselben Tests wie oben unterzogen.
Die Katalysatorzusammensetzungen waren die folgenden:
2% Lucidol
CH5OX, in Tabelle 2 als "2% CH5OX" und in 1 als "2% BPO-Pulver" bezeichnet (Kurve 1);
10%
Lucidol CHOX, in Tabelle 2 als "10 5 CH5OX" und in 1 als "10% BPO-Pulver" bezeichnet (Kurve
2);
2% Lucidol CH5OX, "erweitert" auf eine 10% Zusammensetzung
mit einem Diisobutylphthalat-Weichmacher (ohne Füllstoffe), in Tabelle 2 als
"2% CH5OX : Phthalat (1 : 4)" und in 1 als
"2% BPO-Pulver auf 10% Weichmacher erweitert" bezeichnet; und
2%
Lucidol CH5OX, erweitert auf eine 10% Zusammensetzung mit derselben
Zusammensetzung wie in Beispiel 1 (einschließlich derselben proportionalen
Mengen an Füllstoff
und Thixotrop, der gesättigte
Polyester jedoch durch eine äquivalente
Menge an Diisobutylphthalat ersetzt), in Tabelle 2 als "2% CH5OX
: Phthalat/Füllstoff
(1 : 4)" und in 2 als
"10% DIBP-erweiterter Katalysator" bezeichnet.
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Diese %-Werte beziehen sich auf die
Gewichtsmenge der Katalysatorzusammensetzung in der zu härtenden
Harzzusammensetzung, ausgenommen der Katalysatorzuammensetzung selbst.
Obwohl die den Weichmacher enthaltende Katalysatorzusammensetzung
durch Verdünnung
von 2% CH5OX in Weichmacher in einem Volumsverhältnis von 1 : 4 erweitert wurde,
beträgt
der prozentuelle Anteil der Katalysatorzusammensetzung immer noch
etwa 10 Gew.-% der Harzzusammensetzung.
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Die oben genannten Shore-D-Härtungswerte
gibt die ausgezeichnete Kurzzeit-Leistungsfähigkeit des "2% CH5OX : ADIPAT
(1 : 4)"-Katalysators gemäß vorliegender
Erfindung an. Darüber
hinaus erreichte sogar nach einer Nachhärtung nur die standardmäßige 2%-CH5OX-Zusammensetzung
denselben Härtungsgrad. Alle
anderen Versuche, das Mischungsverhältnis einzustellen, führte zu
verringerter Härte.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, resultierte
das aus unvollständiger
Härtung.
Die Ergebnisse lauteten im Detail wie folgt:
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1 (Kurve
1) – Polyester,
gehärtet
mit 2% BPO-Pulver mit 2% Amin. Keine Restreaktivität, was auf Durchhärtung hinweist.
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1 (Kurve
2) – Polyester,
gehärtet
mit 10% BPO-Pulver mit 2% Amin. Keine Restreaktivität, was auf
Durchhärtung
hinweist.
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1 (Kurve
3) – Polyester,
gehärtet
mit 2% BPO-Pulver, erweitert auf 10% in einem Diisobutylphthalat-
(DIBP-) Weichmacher mit 2% Amin.
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Restreaktivität, was auf unvollständige Härtung hinweist.
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1 (Kurve
4) – Polyester,
gehärtet
mit 2% BPO-Pulver, erweitert auf 10% mit einer Adipat/Füllstoff-Zusammensetzung
mit 2% Amin.
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Keine Restreaktivität, was auf
Durchhärtung
hinweist.
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2 – Polyester,
gehärtet
mit 2% BPO-Pulver, erweitert auf 10% mit einer DIBP/Füllstoff-Zusammensetzung.
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Restreaktivität, was auf unvollständige Härtung hinweist.
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Aus den oben genannten Ergebnissen
wurden die jeweiligen ΔH-Werte
berechnet, die in Tabelle 3 aufgeführt sind. Wie aus den oben
genannten Ergebnissen klar ersichtlich ist, gilt: je höher der ΔH-Wert, desto unvollständiger die
Härtung
nach 24 Stunden.
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Es ist anzumerken, dass die oben
genannten DSC-Kurven am geeignetsten dafür sind, einen hohen Grad unvollständiger Härtung vor
der DSC-Behandlung anzuzeigen. Unter einem bestimmten Grad abgegebener
Wärme,
sind sie folglich nicht so empfindlich, so dass ein geringes Ausmaß an Resthärtung nicht
unbedingt nachgewiesen wird. Auf der anderen Seite ergibt sogar
eine geringe Resthärtung
einen messbaren Anstieg der Härte,
wie durch den oben genannten Shore-D-Härtetest nachgewiesen wurde.
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Beispiel 3
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sUnter Verwendung derselben Katalysatorzusammensetzung
wie in Beispiel 1 und desselben Aminbeschleunigers (Epoxy-p-toluidin),
aber mit einer Konzentration von 2% der Harzzusammensetzung, wurden durch
Vermischen wie in Beispiel 2 härtbare
Harzzusammensetzungen hergestellt, wobei als die jeweiligen Harze
ein beliebiger Poly(vinylester) und ein Polyurethanharz mit Acrylat-Endgruppen
verwendet wurden. Die jeweiligen Harze wurden dann 24 Stunden lang
härten
gelassen. Zum Vergleich wurden die Harze auch unter Einsatz eines
standardmäßigen 2%-Lucidol-CH5OX-Katalysators
gehärtet.
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Dieselben Shore-D-Härtetests
wie in Beispiel 2 wurden durchgeführt, und die Ergebnisse sind
in Tabelle 4 aufgeführt.
DSC-Kurven wurden wie in Beispiel 2 ebenfalls erhalten, und zwar
für den
ungesättigten Polyester
(Kurve 1), den Poly(vinylester) (Kurve 2) und das Polyurethan mit
Acrylat-Endgruppen (Kurve 3), wie in 3 dargestellt
ist.
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Die oben genannten Ergebnisse für die Shore-Härte zeigen,
dass mit unterschiedlichen härtbaren
Harzen, wie beispielsweise zwischen der erweiterten Katalysatorzusammen- setzung gemäß vorliegender
Erfindung und dem standardmäßigen Katalysator
(nicht erweitert), im gleichen Zeitrahmen vergleichbare Ergebnisse
erzielt werden können.
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Auf ähnliche Weise zeigen die Kurven
1–3 in 3, dass jedes getestete
härtbare,
ungesättigte
Harz durchhärtete,
wodurch keine Restaktivität
vorlag.
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Beispiel 4
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Dieselbe ungesättigte Polyesterharzzusammensetzung
wie in Beispiel 2, jedoch als Beschleuniger einen 2% Beschleuniger
E (siehe unten) anstelle des Aminbeschleunigers aus Beispiel 1 enthaltend,
wurde unter Verwendung einer standardmäßigen Methylethylketonperoxid-
(MEKP-) Zusammensetzung (siehe unten) in einer Konzentration von
2%, bezogen auf das Gewicht der Harzzusammensetzung alleine (ohne
Katalysatorzusammensetzung) als Katalysatorzusammensetzung gehärtet.
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In einem Versuch wurde eine 2% Katalysatorzusammensetzung,
die mit dem gesättigten
Adipatpolymer aus Beispiel 1 "erweitert" worden war, und zwar in
einem Verhältnis
Katalysator : Adipat von 1 : 4, um eine Katalysatorzusammensetzung
gemäß vorliegender
Erfindung bereitzustellen, verwendet, während in einem anderen Versuch
zum Vergleich eine nicht erweiterte 2% Katalysatorzusammensetzung
eingesetzt wurde.
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Die standardmäßige MEKP-Zusammensetzung enthielt
50% aktiven MEKP-Katalysator in Dimethylphthalat als stabilisierendes
Verdünnungsmittel.
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Der oben genannte Beschleuniger E
ist eine Lösung
von Kobaltoctoat in Styrol, in der 0,4 Gew.-% Kobalt, berechnet
als Metall, enthalten sind.
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Die Ergebnisse der wie in Beispiel
2 durchgeführten
DSC sind in 4 aufgeführt.
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Die für die 2% Standard-MEKP-Katalysatorzusammensetzung
erhaltenen Kurven, sowohl die nicht erweiterte (Kurve 1) als auch
die gemäß vorliegender
Erfindung erweiterte (Kurve 2), zeigen in einem ungesättigten
Polyester sowohl bei Verwendung eines standardmäßigen als auch eines MEKP-Katalysators
identisches Härtungsverhalten.
Tatsächlich
brachten die nicht erweiterte und die erweiterte MEKP-Katalysatorzusammensetzung
in mehreren Tests fast identische Ergebnisse in Bezug auf die Härtungs-
und Verfestigungsgeschwindigkeit, wodurch ein Auftragen eines MEKP
in Pasten-Form ermöglicht
wird, das in einem geeigneten Verhältnis Katalysatorzusammensetzung
: Harzzusammensetzung von etwa 10 : 1 abgegeben werden kann.
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Aufgrund der oben aufgeführten Beispiele
kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die Verwendung von
pulverförmigem
Benzoylperoxid und flüssigem
MEKP jeweils so angepasst werden kann, dass eine pastenförmige Zusammensetzung
gebildet werden kann, die in verschiedenen Harzarten und in einer Vielzahl
von Anwendungen gut härtet,
wenn sie in einem geeigneten Verhältnis von etwa 10 : 1 abgegeben wird.
So wird ein sicherer, benutzerfreundlicher, stabiler Katalysator
bereitgestellt, bei dem Härtung,
Härte oder Festigkeit
nicht beeinträchtigt
werden.