WO2011157671A1 - Verwendung von cyclischen carbonaten in epoxidharzzusammensetzungen - Google Patents

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WO2011157671A1
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alkyl
methyl
resin composition
methylene
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PCT/EP2011/059767
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Rainer Klopsch
Andreas Lanver
Achim Kaffee
Klaus Ebel
Miran Yu
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Basf Se
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Definitions

  • the present invention relates to the use of cyclic carbonates or mixtures thereof in epoxy resin compositions and to epoxy resin compositions containing such cyclic carbonates.
  • Epoxy resins are usually called oligomeric compounds having on average more than one epoxide group per molecule, which are converted by reaction with suitable curing agents or by polymerization of epoxy groups in thermosets.
  • Cured epoxy resins are, due to their excellent mechanical and chemical properties, such as high impact strength, high abrasion resistance, good chemical resistance, in particular a high resistance to alkalis, acids, oils and organic solvents, high weather resistance, excellent adhesion to many materials and high electrical insulation capacity, widespread. They serve as a matrix for composites and are often the main component in electrical laminates, structural adhesives, casting resins and powder coatings.
  • Epoxy resins derived from epichlorohydrin are referred to as glycidyl based resins.
  • the epoxy prepolymers are converted into non-fusible, three-dimensionally "crosslinked", thermosetting materials.
  • curing epoxy resins a distinction is made between two types of curing.
  • Curing then results in the formation of a polymeric network of covalently linked epoxy resin prepolymers and hardener molecules, wherein the degree of crosslinking can be controlled via the relative amounts of the functional groups in the curing agent and prepolymer.
  • a compound which causes the homopolymerization of the epoxy resin prepolymers with each other.
  • Such compounds are often referred to as initiator or accelerator.
  • Initiators and accelerators Some of them are also used in conjunction with hardeners to accelerate crosslinking.
  • Suitable functional groups which can undergo a condensation reaction with the oxirane groups of the epoxy resins are, for example, amino groups, hydroxyl groups and carboxyl groups or derivatives thereof, such as anhydrides. Accordingly, aliphatic and aromatic polyamines, carboxylic anhydrides, polyamidoamines, aminoplasts or phenoplasts are usually used as hardeners for epoxy resins. Known hardeners have a linear or at most weakly crosslinked structure. They are described, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition on CD-ROM, 1997, Wiley-VCH, Chapter "Epoxy Resins", which is hereby incorporated by reference in its entirety.
  • the prepolymers used for producing cured epoxy resins usually have a high viscosity, which makes the application more difficult.
  • the high viscosity of the resins often limits the use of fillers which are desirable for modifying the mechanical properties of the cured resin composition.
  • the use of fillers allows to reduce the cost of the products made from the resins, such as moldings or coatings. Therefore, the uncured epoxy often become
  • the diluents are divided into conventional diluents and reactive diluents.
  • Conventional diluents are typically organic solvents, for example ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and the like, esters of aliphatic carboxylic acids such as ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate, aromatic hydrocarbons such as toluene or xylenes and alkanols such as methanol, ethanol, n- and isopropanol , Butanols and the like.
  • ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and the like
  • esters of aliphatic carboxylic acids such as ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate
  • aromatic hydrocarbons such as toluene or xylenes
  • reactive diluents Similar to solvents, reactive diluents are low-molecular-weight substances, but in contrast to conventional solvents they contain functional groups, usually oxirane groups. which can react with the epoxy groups of the resin and / or the functional groups of the curing agent to form covalent bonds. Reactive diluents also lower the viscosity of the epoxy resin. They do not evaporate during curing and are therefore covalently bonded into the forming resin matrix during curing.
  • the reactive diluents suitable for epoxy resins are usually mono- or polyfunctional oxiranes. Examples of monofunctional reactive diluents are, for.
  • glycidyl ethers of aliphatic and cycloaliphatic monohydroxy compounds with usually 2 to 20 carbon atoms such.
  • polyfunctional reactive diluents are, in particular, glycidyl ethers of polyfunctional alcohols having generally 2 to 20 C atoms, which on average typically have 1, 5 to 4 glycidyl groups, such as 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether or glycidyl ether of trimethylolpropane.
  • active diluents improve the viscosity properties of the epoxy resin compositions. In many cases, however, they worsen the hardness of the cured resin and lead to a lower solvent resistance.
  • the reactive diluents reduce the reactivity of epoxy resin compositions formulated with them, resulting in longer cure times.
  • these substances should avoid the disadvantages of the reactive diluents known from the prior art, in particular, in comparison to conventional reactive diluents based on glycidyl ethers, reduce the viscosity of the epoxy resins formulated therewith, without significantly degrade the mechanical properties and / or the solvent resistance of the cured epoxy resin compositions.
  • the present invention relates to the use of compounds of general formula I.
  • R 1 and R 2 are each independently hydrogen, Ci-C6-alkyl, Ci-C4-alkoxy-Ci-C 4 - alkyl, C 5 -C 6 cycloalkyl, phenyl, phenyl-Ci-C 4 alkyl, C C 2 -C 6 alkenyl or C 2 -C 6 alkynyl, or R 1 and R 2 together represent a C 3 -C 5 alkylene group;
  • R 3 and R 4 are each independently hydrogen, Ci-C6-alkyl, Ci-C4-alkoxy-Ci-C 4 - alkyl, C 5 -C 6 cycloalkyl, phenyl, phenyl-Ci-C 4 alkyl, C C 2 -C 6 alkenyl or C 2 -C 6 alkynyl, or R 3 and R 4 together represent a C 4 -C 6 alkylene group; or mixtures thereof, as an additive in epoxy resin compositions.
  • the invention further provides an epoxy resin composition, d a) at least one epoxy resin as component A and
  • the invention also provides the use of these epoxy resin compositions as a binder component in coating compositions, in casting compounds, in composite materials, in particular in composite materials based on carbon fiber or glass fiber materials, for the production of pre-pregs and as a structural adhesive.
  • the invention further relates to a process for curing the epoxy composition with the addition of at least one hardener, in particular at least one amine curing agent and a process for coating surfaces with the epoxy composition.
  • epoxy resin is used for uncured or partially cured epoxy resins (prepolymers). If it is intended to refer to fully cured or modified epoxy resins or to epoxy resin-containing compositions, this will be specified at the relevant location.
  • C 1 -C 6 -alkyl denotes a linear or branched alkyl radical having 1 to 6 carbon atoms. These include methyl, ethyl, n -propyl, iso -propyl, n-butyl, 2-butyl, iso-butyl, tert-butyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 1, 1-dimethylpropyl, 1, 2-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, n-hexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 1, 1-dimethylbutyl,
  • C5 -C6 Cycloalkyl means a cyclic alkyl group of 5 to 6 carbon atoms, such as. Cyclopentyl and cyclohexyl.
  • C2-C6 alkenyl denotes a linear or branched alkenyl radical having 2 to 6 carbon atoms, such as ethenyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-methylethenyl, 1-butylene,
  • C 2 -C 6 -alkynyl denotes a linear or branched alkynyl having 2 to 6 carbon atoms, such as ethynyl, 1-propynyl, 2-propynyl, 1-butynyl, 2-butynyl, 3-butynyl, 1-methyl-2-propynyl, 1-pentynyl, 2-pentynyl, 3-pentynyl, 4-pentynyl, 1-methyl-2-butynyl, 1-methyl-3-butynyl, 2-methyl-3-butynyl, 3-methyl-1-butynyl, 1, 1-dimethyl-2-propynyl, 1-ethyl-2-propynyl, 1-hexynyl, 2-hexynyl, 3-hexynyl, 4-hexynyl, 5-hexynyl, 1-methyl-2-pentynyl, 1-methyl-3 pentynyl, 1-methyl
  • Ci-C4-Alkoxy stands for an oxygen-bonded alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as. For example, methoxy, ethoxy, n-propoxy, 1-methylethoxy (isopropoxy), butoxy, 1-methylpropoxy (sec-butoxy), 2-methylpropoxy (isobutoxy) or
  • C 1 -C 4 -alkoxy-C 1 -C 4 -alkyl is a C 1 -C 4 -alkoxy group as defined above which is bonded in the form of an ether bond via the oxygen to a C 1 -C 4 -alkyl group as defined above. Examples are methoxymethyl, 2-methoxyethyl, ethoxymethyl, 3-methoxypropyl, 3-ethoxypropyl.
  • Phenyl-Ci-C4-alkyl stands for a phenyl group which is bonded to a Ci-C4-alkyl group as defined above. Examples are benzyl, phenylethyl, phenylpropyl, phenylbutyl.
  • C3-Cn-alkylene is an alkanediyl having 3 to 1 1 carbon atoms. Examples are n-propanediyl, n-butanediyl, n-pentanediyl, n-hexanediyl, n-heptanediyl, n-octanediyl, n-nonanediyl, n-decanediyl, n-undecanediyl, methylpropanediyl, methylbutanediyl, methylpen- tandiyl, methylhexanediyl, methylheptanediyl, methyloctanediyl, methylnonanediyl, methyl-decanediyl, dimethylpropanediyl, dimethylbutanediyl, dimethylpentanediyl
  • R 1 is selected from hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, in particular C 1 -C 4 -alkyl, more preferably methyl, ethyl, n-propyl and isopropyl, in particular methyl and
  • R 2 is selected from hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, in particular C 1 -C 4 -alkyl, particularly preferably methyl, ethyl, n-propyl and isopropyl, especially methyl or ethyl, C 1 -C 4 -alkoxy-C 1 -C 4 -alkyl , Cs-Ce-cycloalkyl, in particular cyclohexyl, phenyl, phenyl-Ci-C4-alkyl, in particular benzyl, C2-
  • R 4 is selected from hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 4 -alkoxy-C 1 -C 4 -alkyl, C 5 -C 6 -cycloalkyl, phenyl, phenyl-C 1 -C 4 -alkyl, C 2 -C 6 Alkenyl and C 2 -C 6 alkynyl.
  • R 4 is hydrogen;
  • R 3 and R 4 may also together represent a C 4 -C 6 -alkylene group, such as 1, 4-butanediyl, 1, 5-pentanediyl or 1, 6-hexanediyl.
  • At least one of the radicals R 3 and R 4 in particular both radicals R 3 and R 4 , is hydrogen.
  • at least one of the radicals R 1 and / or R 2 is different from hydrogen and at least one of the radicals R 3 and R 4 , in particular both radicals R 3 and R 4 , are hydrogen.
  • radicals R 1 and R 2 have the following meanings, where the radicals R 3 and R 4 have the meanings given above and preferably one of the radicals R 3 or R 4 is hydrogen and in particular both radicals R 3 and R 4 are hydrogen:
  • R 1 is selected from hydrogen and C 1 -C 4 -alkyl, in particular hydrogen,
  • R 2 is selected from Ci-C4 alkyl, Ci-C4-alkoxy-Ci-C 4 alkyl, C 5 -C 6 cycloalkyl,
  • R 1 and R 2 are each C 1 -C 4 -alkyl, in particular methyl or ethyl.
  • the radicals R 3 and R 4 have the meanings given above, wherein preferably one of the radicals R 3 or R 4 is hydrogen and in particular both radicals R 3 and R 4 are hydrogen.
  • R 1 and R 2 together are a C 4 -C 6 -alkylene group, such as, for example, 1,4-butanediyl, 1,5-pentanediyl or 1,6-hexanediyl, in particular a linear C 5 -alkylene group (1, 5-pentanediyl).
  • the radicals R 3 and R 4 have the meanings given above, wherein preferably one of the radicals R 3 or R 4 is hydrogen and in particular both radicals R 3 and R 4 are hydrogen.
  • exo-vinylene carbonates are known in principle from the prior art, for example from DE 1098953, DE 3433403, EP 837062, JP 2006-137733, JP 2008222619, J. Org. Chem. 2007, 72, 647-649; Angew. Chem. 2009, 121, 4258-4261; Eur. J. Org. Chem. 2007, 2604-2607; Eur. J. Org. Chem. 2008, 2309-2312; Org. Lett. 2006, 8, 515-518.
  • transition metal catalysts in question containing as the active metal, for example, silver, copper, gold, palladium or platinum, z.
  • silver salts such as silver acetate, silver carbonate, copper (II) salts such as copper acetate or copper (L) halides such as Cul, CuBr, CuCl, further palladium (0) catalysts, wherein the aforementioned transition metal compounds optionally in combination with an organic amine , z.
  • a tri-C 1 -C 6 -alkylamine such as triethylamine or an amidine base such as diazabicyclo [4.3.0] nonene (DBN) or diazabicyclo [5.4.0] undecene (DBU) or with an organic phosphine z.
  • organic phosphines as such, for.
  • trialkylphosphines or triarylphosphines such as tributylphosphine or triphenylphosphine, and sterically hindered carbenes, z.
  • B. 1, 3-substituted 2,3-dihydroimidazol-2-ylidene compounds such as 1, 3-diisopropyl-2,3-dihydro-4,5-imidazol-2-ylidene or their CC "2 adducts and combinations thereof
  • the reaction can be carried out without pressure or preferably under elevated pressure, for example at from 50 to 500 bar or in supercritical CO 2. With regard to the reaction conditions, reference is made to the aforementioned literature.
  • a carboxylic anhydride such as bis (tert-butyl) dicarbonic anhydride (B0C2O) can be used.
  • the reaction is usually carried out in two stages, wherein in the first stage, the compound II with an ester of Biskohlenklareanhydrids, z. B. with B0C2O, in the presence of a base, for example sodium hydride, and reacting the resulting ester in the presence of a transition metal catalyst, eg. B. a gold-containing catalyst cyc llibrary.
  • a transition metal catalyst eg. B. a gold-containing catalyst cyc llibrary
  • the compounds of the formula I are used in epoxy resin compositions.
  • a diluting effect ie a reduction in the viscosity
  • the desired dilution effect but also the increased reactivity already at an addition of small amounts of the compound of formulas I or la or Ib or a mixture of compounds of the formulas I or la or Ib to a conventional epoxy resin composition.
  • the compound (s) of the formulas I or la or Ib in a total amount of at least 0.001 parts by weight, often at least 0.005 parts by weight, in particular at least 0.01 parts by weight, based on 1 part by weight of the epoxy resin A, use.
  • the compound (s) of the formulas I or Ia or Ib in a total amount of at most 1 part by weight, preferably at most 0.7 parts by weight, in particular at most 0.5 parts by weight based on 1 part by weight of the epoxy resin component.
  • the total amount of compounds of the formulas I or Ia or Ib is generally 0.1% by weight to 50% by weight, frequently 0.5% to 40% by weight and in particular 1%
  • component A of the epoxy resin compositions according to the invention it is possible in principle to use all epoxide-group-containing substances which are customarily used in curable epoxy resin compositions. Particularly suitable are epoxy compounds having 1 to 10 epoxy groups, preferably having at least two epoxy groups in the molecule.
  • the content of epoxide groups in typical substances of component A is usually in the range of 120 to 3000 g / equivalent, calculated as so-called epoxide equivalent according to DIN 16945.
  • glycidyl-based epoxy resins in particular those which are prepared by etherification of aromatic, aliphatic or cycloaliphatic polyols with epichlorohydrin. Such substances are often referred to as polyglycidyl ethers of aromatic, or polyglycidyl ethers of aliphatic or cycloaliphatic polyols.
  • the epoxy resins of component A may be liquid resins, solid resins or mixtures thereof. Liquid resins differ from solid resins in their lower viscosity. In addition, liquid resins generally have a higher proportion of epoxide groups and, accordingly, a lower epoxide equivalent.
  • the content of epoxy groups in typical liquid resins of component A is usually in the range of 120 to 200 g / equivalent and that of the solid resins in the range of 450-3000 g / equivalent, calculated as so-called epoxide equivalent according to DIN 16945.
  • the viscosity of the liquid resins of component A is usually in the range from 1 to 20 Pas, preferably in the range from 5 to 15 Pas, at 25 ° C.
  • the viscosity of the solid resins is usually in the range 5 to 40 Pas, preferably in the range of 20 to 40 Pas at 25 ° C.
  • the viscosities given here are the values determined in accordance with DIN 53015 at 25 ° C. as 40% solutions of the resins in methyl ethyl ketone.
  • Suitable epoxy resins are, for example, the products commercially available under EPILOX®, EPONEX®, EPIKOTE®, EPONOL®, DER, ARALDITE or ARACAST, eg.
  • EPI LOX A 17-00, A 17-01, A 18-00, A 19-00, A 19-01, A 19-02, A 19-03, A 19-04, F 17-00, T 19-27, AF 18-50, AF 18-30, F 16-01, P 22-00 from the company Leuna-Harze GmbH, Epon Resin 825, 826, 828, 830, 834, 862, 863, 813, 815C , 824, 872, 8131, 8132, 8201, 8280, 8281, CS-241, CS 377 from Hexion, DER 640, 642U, 671, 662, 663U, 664, 667, 672U from Dow and Araldit® GT 6063 , 6064, 6084, 6097, 7004, 7220, 7225, 7072, 7097, 7203, 7220 and 7304 from Huntsman.
  • the epoxy resin component A is selected from polyglycidic ethers of aromatic polyols.
  • the parameter n indicates the number of repeating units, the mean value of n corresponding to the respective average molecular weight.
  • Examples of epoxy resins based on polyglycidyl ethers of aromatic polyols are also glycidyl ethers of phenol- and cresol-based novolacs.
  • Novolacs are produced by the acid-catalyzed condensation of formaldehyde and phenol or cresol. Reaction of the novolaks with epichlorohydrin gives the glycidyl ethers of novolacs.
  • the epoxy resin component A is selected from polyglycidyl ethers of cycloaliphatic polyols and the polyglycidyl esters of cycloaliphatic polycarboxylic acids.
  • polyglycidyl ethers of cycloaliphatic polyols are the core hydrogenation products of bisphenol A-based polyglycidyl ethers, the core hydrogenation products of bisphenol-F-based polyglycidyl ethers, the core hydrogenation products of novolac-based polyglycidyl ethers and mixtures thereof.
  • Such compounds are usually by selective hydrogenation of the aromatic rings in the aforementioned aromatic polyglycidyl ethers.
  • Examples of such products are the P 22-00 from the company LeunaHarze and Eponex 1510 from Hexion.
  • Examples of polyglycidyl esters of cycloaliphatic polycarboxylic acids are hexahydrophthalic acid diglycidyl esters
  • epoxy resins A for the paint formulations according to the invention also epoxy group-containing polyacrylate resins are suitable. These are generally prepared by copolymerization of at least one ethylenically unsaturated monomer which contains at least one epoxide group, in particular in the form of a glycidyl ether group, in the molecule with at least one further ethylenically unsaturated monomer which contains no epoxide group in the molecule, wherein preferably at least one of the comonomers is an ester of acrylic acid or methacrylic acid.
  • Examples of the ethylenically unsaturated monomers containing at least one epoxide group in the molecule are glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate and allyl glycidyl ether.
  • Examples of ethylenically unsaturated monomers which contain no epoxide group in the molecule are alkyl esters of acrylic and methacrylic acid which contain 1 to 20 carbon atoms in the alkyl radical, in particular methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate and 2- ethylhexyl.
  • Further examples of ethylenically unsaturated monomers which contain no epoxide groups in the molecule are acids, such as. For example, acrylic acid and methacrylic acid. Acid amides, such as.
  • acrylic acid and methacrylamide vinyl aromatic compounds such as styrene, methyl styrene and vinyl toluene, nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile, vinyl and vinylidene halides such as vinyl chloride and vinylidene fluoride, vinyl esters such.
  • vinyl acetate and hydroxyl-containing monomers such as. For example, hydroxyethyl acrylate and hydroxyethyl methacrylate.
  • the epoxide group-containing polyacrylate resin usually has an epoxide equivalent weight of 400 to 2500, preferably 500 to 1500, particularly preferably 600 to 1200.
  • the number average molecular weight (determined by gel permeation chromatography using a polystyrene standard) is typically in the range of from 1,000 to 15,000, preferably from 1,200 to 7,000, more preferably from 1,500 to 5,000.
  • the glass transition temperature (TG) is typically in the range of from 30 to 80 ° C, preferably from 40 to 70 ° C, more preferably from 50 to 70 ° C (measured by differential scanning calorimetry (DSC)).
  • Epoxide group-containing polyacrylate resins are known (cf., for example, EP-A-299 420, DE-B-22 14 650, DE-B-27 49 576, US-A-4,091, 048 and US-A-3,781,379). , Examples of such resins are Epon 8021, Epon 81 1 1, Epon 8161 from Hexion.
  • the epoxy resins of component A can also be derived from other epoxides (non-glycidyl ether epoxy resins). These include, in particular, compounds, including oligomers and polymers, which contain at least one, in particular more epoxidized cycloaliphatic groups, in particular 7-oxabicyclo [4.1.0] heptyl groups obtainable by epoxidation of compounds with cyclohexenyl groups. Examples of the epoxidation products of compounds having at least one cycloolefinic group are 4-epoxyethyl-1,2-epoxycyclohexane and the compound of the following formula:
  • the epoxy resin compositions may also contain conventional reactive diluents.
  • these are, in particular, low molecular weight compounds having a molecular weight of preferably not more than 250 daltons, eg. In the range of 100 to 250 daltons, the oxirane groups, preferably glycidyl groups, e.g. In the form of glycidyl ether groups, gyicidyl ester groups or glycidyl amide groups.
  • the epoxide functionality i. H.
  • the number of epoxide groups per molecule in the case of the reactive diluents is typically in the range from 1 to 3, in particular in the range from 1.2 to 2.5.
  • Preferred among these are, in particular, glycidyl ethers of aliphatic or cycloaliphatic alcohols which preferably have 1, 2, 3 or 4 OH groups and 2 to 20 or 4 to 20 C atoms, as well as glycidyl ethers of aliphatic polyetherols which are 4 to 20 C atoms have. Examples for this are:
  • Glycidyl ethers of saturated alkanols having 2 to 20 C atoms such as, for example, C 2 -C 20 -alkyl glycidyl ethers, such as 2-ethylhexyl glycidyl ether;
  • Glycidyl ethers of saturated alkanepolyols having 2 to 20 carbon atoms eg.
  • Glycidyl ethers of polyetherols having 4 to 20 carbon atoms for example glycidyl ethers of diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol or tripropylene glycol;
  • Glycidyl ethers of cycloaliphatic alcohols having 5 to 20 C atoms for example bisglycidyl ethers of cyclohexane-1, 4-diyl, the bisglycidyl ethers of ring-hydrogenated bisphenol A or of ring-hydrogenated bisphenol F,
  • Glycidyl ethers of polyalkylene oxides having 2 to 4 C atoms such as polyethylene oxide or polypropylene oxide;
  • the conventional reactive diluents are used in the formulations according to the invention in a total amount of at least 0.01 part by weight, often at least 0.02 part by weight, in particular at least 0.05 part by weight, based on 1 part by weight of the epoxy resin component A. Since the compounds of the formula I compensate for or even overcompensate for the reduction in reactivity frequently caused by conventional reactive diluents, the conventional reactive diluents can be used in greater quantities than in the prior art. In general, however, the conventional reactive diluents are used in a total amount of at most 1 part by weight, preferably at most 0.8 parts by weight, in particular at most 0.7 parts by weight, based on 1 part by weight of the epoxy resin component.
  • the total amount of conventional reactive diluent plus compound of the formula I is preferably not more than 1.1 parts by weight, in particular not more than 1 part by weight and especially not more than 0.9 parts by weight, based on 1 part by weight of the epoxy resin component A.
  • Epoxy resin compositions containing one or more conventional reactive diluents the weight ratio of compound of formula I to conventional reactive diluent usually in a range of 1: 100 to 100: 1, in particular in the range of 1:50 to 50: 1.
  • the conventional reactive diluent will not constitute more than 10% by weight, based on the total amount of reactive diluent + compound I.
  • the weight ratio of compound I to conventional reactive diluent is in the range from 1:10 to 10: 1, in particular in the range from 1: 5 to 5: 1 and especially in the range from 1: 2 to 2: 1.
  • the epoxy resin compositions of the invention may contain conventional organic diluents. This is understood to mean organic solvents that are used in the Normal pressure have a boiling point below 200 ° C and enter into the reaction with the epoxide groups and the groups of an optional reactive diluent no reaction under bond formation.
  • Conventional diluents are typically organic solvents, for example ketones preferably having 3 to 8 C atoms such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and the like, esters of aliphatic carboxylic acids, preferably acetic acid, propionic acid or butanoic acid, in particular the C 1 -C 6 -alkyl esters thereof Acids such as ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate, aromatic hydrocarbon in particular alkylaromatics such as toluene, mesitylene, 1, 2,4-trimethylbenzene, n-propylbenzene, isopropylbenzene, cumene, or xylenes and mixtures of alkylaromatics, in particular technical mixtures such as those as Solvessomarken are commercially available, aliphatic and cycloaliphatic hydrocarbons and alkanols preferably having 1 to 8 carbon atoms
  • the composition contains solvent at most in minor amounts (less than 20 wt .-%, in particular less than 10 wt .-% or less than 5 wt .-%, based on the total amount of epoxy resin component A + C and Compound of the formula I) and particularly preferably no solvent (100% system).
  • the epoxy resin composition may contain the customary fillers and / or additives.
  • Suitable fillers are, for example, inorganic or organic particulate materials such as calcium carbonates and silicates and inorganic fiber materials such as glass fiber. Also organic fillers such as carbon fiber and mixtures of organic and inorganic fillers, such as mixtures of glass and carbon fibers or mixtures of carbon fibers and inorganic fillers may find application.
  • the fillers may be added in an amount of from 1 to 70% by weight, based on the total weight of the composition.
  • Suitable conventional additives include, for example, antioxidants, UV absorbers / light stabilizers, metal deactivators, antistatics, reinforcing agents, fillers, antifogging agents, blowing agents, biocides, plasticizers, lubricants, emulsifiers, colorants, pigments, rheology agents, impact modifiers, catalysts, Adhesion regulators, optical brighteners, flame retardants, anti-dripping agents, nucleating agents, solvents and reactive diluents, and mixtures thereof.
  • the optionally used light stabilizers / UV absorbers, antioxidants and metal deactivators preferably have a high migration stability and temperature resistance. They are selected, for example, from groups a) to t).
  • the compounds of groups a) to g) and i) represent light stabilizers / UV absorbers, while compounds j) to t) act as stabilizers.
  • the choice of suitable conventional additives for the composition according to the invention depends on the particular intended use of the cured epoxy resins and can be determined in individual cases by a person skilled in the art.
  • the curing of the epoxy resin compositions of the invention is usually carried out by means of suitable curing agents, which are usually added shortly before curing.
  • the epoxy resin composition is a so-called 2-component system which is cured by addition of a crosslinker.
  • such epoxy resin compositions are essentially free of hardeners and are cured only by adding a hardener.
  • Substantially free of curing agents means that the amount of hardener is less than 10%, preferably less than 5%, in particular less than 1% of the amount of hardener required for curing. Substantially free of curing agents means, in particular, that the amount of hardener is less than 5% by weight, preferably less than 1% by weight, in particular less than 0.5%, based on the total weight of the epoxy resin composition according to the invention.
  • the amount of hardener required for curing is determined in a conventional manner on the number of epoxy groups in the formulation and the number of functional groups in the curing agent.
  • the number of epoxide groups in the epoxy resin is given as a so-called epoxide equivalent.
  • the epoxide equivalent is determined according to DIN 16945.
  • the number of reactive groups in the curing agent is calculated in the case of the inventively preferred amine curing agent on the amine number according to DIN 16945.
  • the epoxy resin compositions of this invention may also contain one or more suitable curing catalysts which are known in the art to depend on the nature of the reactive functional groups in the binder.
  • Suitable catalysts for the curing of the epoxy resin formulations are phosphonium salts of organic or inorganic acids, imidazole and imidazole derivatives, quaternary ammonium compounds and amines. If desired, the catalysts are used in proportions of from 0.01% by weight to about 10% by weight, based on the total weight of the epoxy resin, of the compound I and hardener. In a preferred embodiment, no catalysts are needed, ie, the content of catalysts in the composition is less than 0.01 wt .-%.
  • the invention also provides a process for curing the epoxy resin composition according to the invention, which comprises the reaction of the epoxy resin composition with at least one curing agent, preferably with at least one amine curing agent.
  • the inventively preferred amine curing agents include aliphatic and cycloaliphatic polyamines, aromatic polyamines, aminoplasts and Polyamidoami- ne, which may optionally be used in combination with Uronen, amides, guanidines, ketimines, isocyanates, imidazoles and imidazolines.
  • Preferable Polyaminhärter have on average at least two primary or secondary amino groups per molecule, for. B. two, three or four primary or secondary amino groups per molecule.
  • Suitable polyamines are, for example
  • aliphatic polyamines such as ethylenediamine, 1,2- and 1,3-propanediamine, neopentanediamine, hexamethylenediamine, octamethylenediamine, 1,10-diaminodecane, 1,12-diaminododecane, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, trimethylhexamethylenediamine, 1 - (3 Aminopropoxy) -3-aminopropane, 1,3-bis-
  • cycloaliphatic diamines such as 1,2-diaminocyclohexane, 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane, 1-methyl-2,4-diaminocyclohexane, 4- (2-aminopropan-2-yl) -1-methylcyclohexan-1-amine , Isophoronediamine, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethane, 4,8-diamino-tricyclo [5.2.1.0] decane, norbornanediamine, menthanediamine, menthenediamine and the like; aromatic diamines, such as toluenediamine, xylylenediamine, in particular meta-xylylenediamine,
  • Bis (4-aminophenyl) sulfone also known as DADS, DDS or dapsone
  • cyclic polyamines such as piperazine, N-aminoethylpiperazine and the like;
  • Polyetheramines in particular difunctional and trifunctional primary polyetheramine based on polypropylene glycol, polyethylene glycol, polybutylene oxide, poly (1, 4-butanediol), poly-THF or polypentylene, z. B.
  • Polyetheramine D 230 (BASF SE) or Jeffamine ® D 230 (Huntsman), difunctional, primary polyether amines based on polypropylene glycol having an average molecular weight of 400, z.
  • B. Polyetheramine D 2000 (BASF SE), Jeffamine ® D2000 or Jeffamine ® XTJ 578 (Huntsman), polyfunctional primary polyether amines based on propylene oxide having an average molecular weight of 4000 such.
  • polyetheramine D 4000 (BASF SE), trifunctional primary polyetheramines prepared by reaction of propylene oxide with trimethylolpropane followed by amination of the terminal OH groups with an average molecular weight of 403 such.
  • Polyetheramine T 403 (BASF SE) or Jeffamine ® T 403 (Huntsman), trifunctional, primary polyetheramine prepared by reacting propylene oxide with glycerol, followed by amination of the terminal OH groups, with an average molar mass of 5000, such.
  • polyetheramine T 5000 BASF SE
  • Jeffamine ® T 5000 Hybrid T 5000
  • aliphatic polyetheramines which are composed of a grafted with propylene oxide polyethylene glycol and have an average molecular weight of 600, such as.
  • Jeffamine ® ED-600 or Jeffamine ® XTJ 501 each Huntsman
  • aliphatic polyetheramines which are composed of a grafted with propylene oxide polyethylene glycol and have an average molecular weight of 900, such as. B.
  • B. Jeffamine ® XTJ-548 (Huntsman), aliphatic polyether amines based on a copolymer of poly (tetramethylene ether glycol) and polypropylene glycol having an average molecular weight of 1400 such.
  • B. Jeffamine ® XTJ-559 (Huntsman), polyethertriamines based on a grafted with butylene oxide, at least trihydric alcohol with an average molar mass of 400, such.
  • B. Jeffamine ® XTJ-566 (Huntsman), aliphatic polyetheramine prepared by aminating alcohols grafted with butylene oxide, with an average molar mass of 219, such.
  • Polyamide diamines obtained by the reaction of dimeric fatty acids (eg, dimeric linoleic acid) with low molecular weight polyamines such as diethy- lentriamine, 1- (3-aminopropyl) -3-aminopropane or triethylenetetramine or other diamines such as the aforementioned aliphatic or cycloaliphatic diamines;
  • mixtures of the abovementioned amine hardeners in particular mixtures of difunctional amines from the group of the aliphatic, cycloaliphatic and aromatic amines with the abovementioned polyetheramines.
  • the hardeners are used in amounts such that the ratio of the number of all reactive groups and the number of all epoxy groups in the epoxy resin is 2: 1 to 1: 2, preferably 1, 5: 1 to 1: 1, 5 and in particular about 1: 1 , At a stoichiometric ratio of about 1: 1 gives a cured resin with optimal thermosetting properties. Depending on the desired properties of the resin after crosslinking, it may also be useful to use hardener and epoxy resin in other ratios of the reactive groups.
  • the total amount of curing agents is generally 0.1% by weight to 50% by weight, often 0.5% to 40% by weight and in particular 1% to 30% by weight, based on the Total amount of compounds of the formulas I or la or Ib plus epoxy resin component A plus hardeners used.
  • accelerators can also be added to the epoxy resin composition.
  • accelerators are substituted imidazoles such as 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, 2,4-ethyl-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 1-cyanoethylimidazole, imidazolines such as 2-phenylimidazoline, tertiary amines such as N, N-dimethylbenzylamine, 1, 4-diazabicyclo [2,2,2] octane (DABCO), 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undecene-7 (DBU), S-triazine (Lupragen N 600), bis (2-dimethylaminoethyl) ethers (Lupragen N 206), pentamethyldiethylenetriamine (Lupragen N 301), trimethylaminoethylethanolamine (Lupragen N 400), tetramethyl-1,6-hexanediamine (Luprage
  • Bisphenol A bisphenol F, nonylphenol, p-tert-butylphenol, novolak type phenolic resins, salicylic acid, p-toluenesulfonic acid, aminopropylmorpholine, aminoethylethyleneurea, ketimines such as Epikure 3502 (a reaction product of ethylenediamine with methyl isobutyl ketone), urones such as 3 - (4-chlorophenyl) -1, 1-dimethylurea (monuron), 3- (3,4-dichlorophenyl) -1, 1-dimethylurea (diuron), 3-phenyl-1, 1-dimethylurea (fenuron), 3- (3-chloro-4-methylphenyl) -1, 1-dimethylurea (chlorotoluron), tolyl-2,4-bis-N, N-dimethylcarbamide (amicure UR2T), dicyandiamide (DICY), Mannich bases or secondary
  • N- (hydroxyethyl) aniline, di (2-methoxyethyl) amine and di- and polyisocyanates such as hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate and the like.
  • the curing of the epoxy resin composition according to the invention can be carried out thermally by heating the mixture of epoxy resin and hardener to a temperature above the mixing temperature.
  • the curing can also take place at low temperatures.
  • the curing of the epoxy resin compositions according to the invention is carried out at temperatures in the range of 0 to 200 ° C, preferably in the range of 5 to 180 ° C and in particular in the range of 10 to 150 ° C.
  • Which temperature is suitable depends on the respective hardeners and epoxy resins and the desired curing rate and can be determined in the individual case by a person skilled in the art, for example, on the basis of simple preliminary tests.
  • the curing is preferably carried out by microwave.
  • the epoxy resin compositions of the invention can be used in a variety of ways. They are basically suitable for all applications in which 1K or 2K epoxy resin formulations are commonly used. They are suitable, for example, as a binder component in coating or impregnating agents, as adhesives, for the production of composite materials, in particular those based on carbon fiber materials or glass fiber materials, for the production of moldings or as casting compounds, in particular as casting compounds for embedding, bonding or solidification of moldings. This and the following apply to both the 1K and 2K systems, with preferred systems being the 2K systems for all these uses.
  • paints As a coating agent z. As paints called. In particular, scratch-resistant protective lacquers on any substrates, eg. B. of metal, plastic or wood materials.
  • Epoxy resin compositions of the invention are particularly suitable for the coating of very large-area substrates, which can not or only with difficulty be heated to temperatures above ambient temperature. These include, in particular, the coating of soils, in particular in heavily used areas, eg. As for the coating of running areas of public buildings or squares or for the coating of parking areas and driveways of parking areas. This includes, in particular, the coating of large-area metal parts and metal structures, such as those in or on buildings or ships (so-called marine coating).
  • compositions are also useful as insulating coatings in electronic applications, e.g. B. as an insulating coating for wires and cables. Also mentioned is the use for the production of photoresists. They are particularly suitable as a refinish, z. Also, when repairing pipes without dismantling the pipes (your in-place pipe (CIPP) rehabilitation). They are also suitable for sealing or coating of floors.
  • CIPP your in-place pipe
  • Adhesives mentioned are 1K or 2K structural adhesives. Structural adhesives are used for the permanent connection of molded parts with each other.
  • the moldings may be made of any material; These materials may be plastic, metal, wood, leather, ceramics, etc. These may also be hot melt adhesives that are only flowable and processable at relatively high temperatures. It can also be floor adhesives.
  • the compositions are also suitable as adhesives for the production of printed circuit boards (electronic treatments), in particular according to the SMT method (surface mounted technology).
  • the epoxy resin compositions of the invention are especially suitable for the production of composite materials.
  • composites are different materials, eg. As plastics and reinforcing materials (fibers, carbon fibers) interconnected by the cured epoxy resin.
  • compositions of the invention are suitable for.
  • for the production of fibers impregnated with epoxy resins or for the production of pre-impregnated yarns and fabrics made of fibers for. B. for the production of prepregs which are further processed into composites.
  • prepregs which are further processed into composites.
  • the curing of preimpregnated fibers or fiber fabrics eg.
  • the fibers or the yarns and yarns produced therefrom can be webe are impregnated with the composition of the invention and then cured at a higher temperature.
  • compositions are z. B. used in electronic applications. They are suitable as flip-chip underfill or as electro casting resins for potting, casting and (glob-top) encapsulation.
  • the invention relates to a process for coating surfaces in which an epoxy resin composition according to the invention, optionally together with at least one curing agent, is applied to the surface to be coated and cured.
  • the coating method according to the invention is not subject to any restrictions with regard to the surface to be coated.
  • suitable surfaces are metal surfaces, wood surfaces, glass surfaces, plastic surfaces.
  • a person skilled in the art can also determine by simple preliminary tests whether other surfaces are suitable for a coating according to the method according to the invention.
  • the epoxy resin composition is used for a coating of a metallic surface in the context of a coil coating.
  • Coil-coating is the continuous coating of metal strips with liquid coating materials. It will be 0.2 to 2 mm thick and up to 2 m wide metal bands at a speed of up to
  • a coil coating system 200 m / min transported by a coil coating system and thereby coated.
  • cold-rolled strips of soft steels or structural steels, electrolytically galvanized sheet, hot-dip galvanized steel strip or strips of aluminum or aluminum alloys can be used.
  • Typical installations include a feed station, a strip accumulator, a cleaning and pretreatment zone, a first coating station together with a baking oven and subsequent cooling zone, a second coating station with oven, laminating station and cooling as well as a belt store and rewinder.
  • the coil coating process usually comprises the following process steps:
  • the dry film thickness is usually about 5 to 10 ⁇ m.
  • solvent-based coating systems according to the invention are used.
  • topcoat Application of one or more topcoats ("topcoat”) z. B. in the role assignment process.
  • the dry film thickness is about 10 to 50 ⁇ m.
  • solvent-based coating systems according to the invention are also generally used, although other conventional coating formulations may also be used.
  • PREPARATION 1 4-ethyl-4-methyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one (compound 1) The preparation was carried out analogously to the procedure known from DE 3233403.
  • PREPARATION 2 4,4-Dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one (compound 2) The preparation was carried out in analogy to the procedure known from DE 3233403.
  • Triphenylphosphine gold (I) bis (trifluoromethylsulfonyl) amide (PPh3) AuNTf2.
  • Epoxy resin 1 Aromatic epoxy resin based on bisphenol A with an epoxide equivalent of 175-185 g / equiv. and a viscosity at 25 ° C of 8-10 PA s (Epilox A 18-00).
  • Epoxy resin 2 cycloaliphatic epoxy resin in the form of a hydrogenated glycidyl ether based on bisphenol A with an epoxide equivalent of 205-235 g / equiv. and a viscosity at 25 ° C in the range of 1, 5 - 3.0 Pa s (Epilox P 22-00).
  • Epoxy resin 3 Aromatic epoxy resin based on bisphenol A having an epoxide equivalent of 182-192 g / equiv. and a viscosity at 25 ° C in the range of 10-14 Pa s (Epilox A 19-03).
  • Epoxy resin 4 Aromatic epoxy resin based on bisphenol F with an epoxide equivalent of 165-173 g / equiv. and a viscosity at 25 ° C in the range of 2.5 - 4.5 Pa s (Epilox F 17-00).
  • HDDGE hexanediol diglycidyl ether
  • BDGGE butanediol diglycidyl ether
  • the hardeners used were the following substances:
  • IPDA isophoronediamine
  • Hardener H3 polyamide resin based on a dimer fatty acid and polyamine (amine number 340
  • the Klebkazeit was determined by means of a sanding device, which has one or more closable funnels for receiving fine sand (grain size up to 600 ⁇ ) and two attached to the outlet of the hopper, narrow pressure rollers made of metal, the hopper horizontal in the direction of the pressure rollers with constant Speed can be moved.
  • the respective epoxy resin composition is applied by means of a doctor blade to a glass plate (38 * 7 cm).
  • the sand-filled funnel and the pressure rollers are placed on the epoxy resin composition-coated surface of the glass plate so that the pressure rollers are longitudinally of the coated glass plate.
  • the cap at the funnel outlet is opened and the funnel is moved horizontally at a constant speed (1 cm / h or 10 cm / h) in the direction of the pressure rollers. This creates a sand trace and two parallel pressure traces in the paint top surface.
  • the measuring temperature is about 23 +/- 2 ° C and the humidity about 50%.
  • the excess sand is removed with a brush and determines the length of the pressure marks and the length of the sand trace.
  • the tack-free time is obtained by multiplying the length of the sand track by the speed of the funnel and the through-drying time by multiplying the length of the pressure track by the speed of the funnel.
  • Hardness PH pendulum hardness on galvanized steel based on DIN EN ISO 1522 / K ⁇ NIG method
  • Solvent resistance based on DIN 68860/68861 and DIN EN 12720.
  • the epoxy resin 2 was mixed with the amounts of thinner and hardener shown in Table 2 and then the gel time was determined as described under 2.2.
  • the amounts of the components shown in Table 2 are given in parts by weight.
  • the gel times are given in Table 2.
  • the epoxy resin 2 was mixed in the proportions shown in Table 3 with butanediol diglycidyl ether or the compound 2. Subsequently, the viscosity was determined as described under 2.1. The results are summarized in Table 3.
  • Epoxy resins 2 and 3 were blended in the proportions shown in Tables 4 and 5 with hardeners, thinners and compounds 1 and 2, respectively. This was followed by a determination of the tack-free time and investigations into pendulum hardness. The results are shown in Table 4 for the epoxy resin 2 and in Table 5 for the epoxy resins 3 and 4.
  • the epoxy resins 1 and 2 were mixed in the proportions shown in Tables 6 and 7 with the hardener H5 or hardener H6 and the compound 1.
  • the epoxy resins 3 and were mixed in the proportions shown in Tables 8 with the hardeners H5 and H7 and with mixtures of the hardeners H5 and H7. This was followed by a determination of tack-free time and investigations into pendulum hardness. The results are summarized in Tables 6 to 8.
  • the epoxy resins 3 and 4 were mixed in the proportions shown in Table 9 with compound 1. Only after 24 h at room temperature, a mixture as described in Table 9 were added to the resins. After curing for 1 week at room temperature, a determination of tack-free time and pendulum hardness tests were carried out. The results are summarized in Table 9.
  • the epoxy resin 3 was mixed in the proportions indicated in Table 10 with the hardeners H1 or H2 and the compound 1 at 10 ° C. and homogenized for 1 minute at 2000 S -1 with a high-speed mixer
  • the viscosity of the mixture was 10 ° C.
  • the viscosity was determined with a voltage-controlled rheometer (MCR 301, Anton Paar) with plate-plate geometry (diameter 25 mm, gap 1 mm) at a shear rate of 100 sec . 1.
  • the results are summarized in Table 10.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von cyclischen Carbonaten der Formel I oder Mischung davon in Epoxidharzzusammensetzungen sowie Epoxidharzzusammensetzungen, die solche cyclischen Carbonate enthalten, worin R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl, C1-C4-Alkoxy-C1-C4-alkyl, C5-C6-Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-C1-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl oder C2-C6-Alkinyl stehen, oder R1 und R2 gemeinsam für eine C3-C11-Alkylengruppe stehen; R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl, C1-C4-Alkoxy-C1-C4-alkyl, C5-C6-Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-C1-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl oder C2-C6-Alkinyl stehen, oder R3 und R4 gemeinsam für eine C4-C6-Alkylengruppe stehen; oder Gemischen davon, als Additiv in Epoxidharzzusammensetzungen.

Description

Verwendung von cyclischen Carbonaten in Epoxidharzzusammensetzungen
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von cyclischen Carbonaten oder Mischung davon in Epoxidharzzusammensetzungen sowie Epoxidharzzusammensetzungen, die solche cyclischen Carbonate enthalten.
Als Epoxidharze (auch Epoxyharze genannt) bezeichnet man üblicherweise oligomere Verbindungen mit im Mittel mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül, die durch Umsetzung mit geeigneten Härtern oder durch Polymerisation der Epoxidgruppen in Duroplaste umgewandelt werden. Gehärtete Epoxidharze sind aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen und chemischen Eigenschaften, wie hohe Schlagzähigkeit, hohe Abriebfestigkeit, gute Chemikalienbeständigkeit, insbesondere eine hohe Bestän- digkeit gegenüber Laugen, Säuren, Ölen und organischen Lösungsmitteln, hohe Witterungsbeständigkeit, ausgezeichnete Haftfähigkeit auf vielen Werkstoffen und hohes elektrisches Isolationsvermögen, weit verbreitet. Sie dienen als Matrix für Faserverbundwerkstoffe ("Composites") und sind oft Hauptbestandteil in Elektrolaminaten, Strukturklebstoffen, Gießharzen und Pulverlacken. Die meisten kommerziellen unge- härteten Epoxidharze werden durch Kupplung von Epichlorhydrin an Verbindungen, die wenigstens zwei reaktive Wasserstoffatome besitzen, wie Polyphenole, Mono- und Diamine, Aminophenole, heterocyclische Imide und Amide, aliphatische Diole oder Polyole oder dimere Fettsäuren, hergestellt. Epoxidharze, die sich von Epichlorhydrin ableiten, werden als Glycidyl-basierte Harze bezeichnet.
Durch Umsetzung mit Härtern werden die Epoxidharz-Präpolymer in nicht schmelzbare, dreidimensional "vernetzte", duroplastische Materialien überführt. Bei der Härtung von Epoxidharzen unterscheidet man zwischen zwei Härtungstypen. Im ersten Fall wird wenigstens eine Verbindung mit wenigstens zwei funktionellen Gruppen, welche mit den Oxiran- und/oder Hydroxygruppen der Epoxidharze-Präpolymere unter Ausbildung kovalenter Bindungen reagieren können, d. h. ein Härter, in die Epoxidharzzusammensetzung eingearbeitet. Bei Aushärten kommt es dann zur Ausbildung eines polymeren Netzwerkes aus miteinander kovalent verknüpften Epoxidharz- Präpolymeren und Härtermolekülen, wobei der Grad der Vernetzung über die relativen Mengen der funktionellen Gruppen im Härter und im Präpolymer gesteuert werden kann. Im zweiten Fall wird eine Verbindung eingesetzt, welche die Homopolymerisation der Epoxidharz-Präpolymere untereinander bewirkt. Derartige Verbindungen werden häufig auch als Initiator oder Beschleuniger bezeichnet. Initiatoren und Beschleuniger werden teilweise auch dem zusammen mit Härtern eingesetzt, um die Vernetzung zu beschleunigen.
Geeignete funktionelle Gruppen, die mit den Oxirangruppen der Epoxidharze eine Kondensationsreaktion eingehen können, sind beispielsweise Aminogruppen, Hydro- xygruppen und Carboxylgruppen bzw. Derivate davon, wie Anhydride. Dementsprechend werden üblicherweise als Härter für Epoxidharze aliphatische und aromatische Polyamine, Carbonsäureanhydride, Polyamidoamine, Aminoplaste oder Phenoplaste eingesetzt. Bekannte Härter besitzen eine lineare oder höchstens schwach vernetzte Struktur. Sie sind beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage auf CD-ROM, 1997, Wiley-VCH, Kapitel "Epoxy Resins" beschrieben, worauf hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Die zur Herstellung ausgehärteter Epoxidharze eingesetzten Präpolymere weisen übli- cherweise eine hohe Viskosität auf, welche die Anwendung erschwert. Zudem beschränkt die hohe Viskosität der Harze häufig den Einsatz von Füllstoffen, welche zur Modifikation der mechanischen Eigenschaften der ausgehärteten Harzmasse wünschenswert sind. Zudem erlaubt in vielen Fällen die Verwendung von Füllstoffen, die Kosten der aus den Harzen gefertigten Produkte, wie beispielsweise Formteile oder Beschichtungen zu verringern. Daher werden dem ungehärteten Epoxidharz häufig
Verdünnungsmittel zugesetzt, welche die Viskosität des Harzes auf den für die Anwendung gewünschten Wert verringern.
Bei den Verdünnungsmittel unterscheidet man zwischen konventionellen Verdün- nungsmitteln und Reaktivverdünnern. Konventionelle Verdünnungsmittel sind typischerweise organische Lösungsmittel, beispielsweise Ketone wie Aceton, Methylethyl- keton, Cyclohexanon und dergleichen, Ester aliphatischer Carbonsäuren wie Ethylace- tat, Propylacetat und Butylacetat, aromatische Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Toluol oder Xylole sowie Alkanole wie Methanol, Ethanol, n- und Isopropanol, Butanole und dergleichen. Während des Aushärtens des Epoxidharzes verdampfen Sie aus der Harzmasse. Dies führt häufig zu einer unerwünschten Volumenreduktion des Harzes (Schrumpfung) oder zur Porenbildung, was sich üblicherweise auf die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Materials wie beispielsweise die Bruchfestigkeit aber auch auf die Oberflächeneigenschaften nachteilig auswirkt.
Die Nachteile der konventionellen Lösungsmittel können durch den Einsatz von Reaktivverdünnern teilweise umgangen werden. Ähnlich wie Lösungsmittel handelt es sich bei Reaktivverdünnern um niedermolekulare Substanzen, die jedoch im Unterschied zu konventionellen Lösungsmitteln funktionelle Gruppen, in der Regel Oxirangruppen, aufweisen, welche mit den Epoxidgruppen des Harzes und/oder den funktionellen Gruppen des Härters unter Ausbildung kovalenter Bindungen reagieren können. Reaktivverdünner senken ebenfalls die Viskosität des Epoxidharzes ab. Sie verdampfen während des Aushärtens nicht und werden daher während des Aushärtens kovalent in die sich bildende Harzmatrix eingebunden. Bei den für Epoxidharze geeigneten Reaktivverdünnern handelt es sich üblicherweise um mono- oder polyfunktionelle Oxirane. Beispiele für monofunktionelle Reaktivverdünner sind z. B. Glycidylether aliphatischer und cycloaliphatischer Monohydroxyverbindungen mit in der Regel 2 bis 20 C-Atomen wie z. B. Ethylhexylglycidylether sowie Glycidylesters aliphatischer oder cycloaliphati- scher Monocarbonsäuren mit in der Regel 2 bis 20 C-Atomen. Beispiele für polyfunktionelle Reaktivverdünner sind insbesondere Glycidylether polyfunktioneller Alkohole mit in der Regel 2 bis 20 C-Atomen, die im Mittel typischerweise 1 ,5 bis 4 Glycidylgruppen aufweisen, wie 1 ,4-Butandioldiglycidylether, 1 ,6-Hexandioldiglycidylether, Diethylengly- koldiglycidylether oder Glycidylether des Trimethylolpropans. Bisher beschriebene Re- aktivverdünner verbessern zwar die Viskositätseigenschaften der Epoxidharzzusammensetzungen. Vielfach verschlechtern sie aber die Härte des ausgehärteten Harzes und führen zu einer geringeren Lösungsmittelbeständigkeit. Des Weiteren ist bekannt, dass die Reaktivverdünner die Reaktivität damit formulierten Epoxidharzzusammensetzungen verringern, was längere Härtungszeiten zur Folge hat.
Im Stand der Technik werden verschiedentlich substituierte 4-Methylen-1 ,3-dioxolan-2- one als Vorprodukte für die Herstellung von Wirkstoffen sowie als Bestandteil von nicht-wässrigen Elektrolyten in Lithiumionenzellen beschrieben. Die DE 1 178598 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von wasserlöslich modifizierten Polyvinylalkoholen durch Verseifung von Copolymerisaten aus Vinylestern und 5-Methyl-4,4-dialkyl-1 ,3-dioxolan-2-onen und deren Verwendung als Schutzkolloid.
B. Ochiai beschreibt in Nettowaku Porima (2005), 26(3), 132-137 die radikalische Po- lymerisation von 4-Methylen-5,5-dimethyl-1 ,3-dioxolan-2-on. Die Polymerisation erfolgt sowohl über die Doppelbindung als auch unter Decarboxylierung und ergibt ein Oligo- mercarbonat mit Ketogruppen, welches mit aromatischen Aminen vernetzt werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Substanzen bereitzustellen, die als Verdünnungsmittel für Epoxidharze geeignet sind. Insbesondere sollten diese Substanzen die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Reaktivverdünner vermeiden, insbesondere im Vergleich zu konventionellen Reaktivverdünnern auf Basis von Glycidylethern die Viskosität der damit formulierten Epoxidharze verringern, ohne die mechanischen Eigenschaften und/oder die Lösungsmittelbeständigkeit der ausgehärteten Epoxidharzmassen signifikant zu verschlechtern. Außerdem ist es wünschenswert, dass die Reaktivität der damit formulierten Epoxidharzzusammensetzungen nicht signifikant verschlechtert wird.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass diese und weitere Aufgaben durch die im Folgenden definierten Verbindungen der allgemeinen Formel I gelöst werden. Zudem führt bereits der Zusatz geringer Mengen der Verbindungen der allgemeinen Formel I zu Epoxidharzen überraschenderweise zu einer signifikanten Erhöhung der Re- aktivität der Epoxidharzzusammensetzung, erkennbar an einer geringeren Gelzeit nach Zusatz eines Härters.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Verbindungen der allgemeinen Formel I
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worin
R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4- alkyl, C5-C6-Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl oder C2-C6- Alkinyl stehen, oder R1 und R2 gemeinsam für eine C3-Cn-Alkylengruppe stehen;
R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4- alkyl, C5-C6-Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl oder C2-C6- Alkinyl stehen, oder R3 und R4 gemeinsam für eine C4-C6-Alkylengruppe stehen; oder Gemischen davon, als Additiv in Epoxidharzzusammensetzungen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Epoxidharzzusammensetzung, d a) wenigstens ein Epoxidharz als Komponente A und
b) wenigstens eine Verbindung der Formel (I) als Komponente B,
enthält.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Verwendung dieser Epoxidharzzusammensetzungen als Bindemittelbestandteil in Beschichtungsmitteln, in Vergussmassen, in Kompositmaterialien, insbesondere in Kompositmaterialien auf Basis von Kohlefaser- oder Glasfasermaterialien, zur Herstellung von Pre-Pregs sowie als Strukturkleber. Gegenstände der Erfindung sind weiterhin ein Verfahren zur Aushärtung der Epoxidzu- sammensetzung unter Zugabe wenigstens eines Härters, insbesondere wenigstens eines aminischen Härters und ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen mit der Epoxidzusammensetzung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der nicht weiter spezifizierte Begriff "Epoxidharz" für ungehärtete oder teilweise gehärtete Epoxidharze (Präpolymere) verwendet. Wenn er sich auf vollständig gehärtete oder modifizierte Epoxidharze oder auf epoxidharzhaltige Zusammensetzungen beziehen soll, wird das an der betreffenden Stelle präzisiert.
Werden keine anderen Angaben gemacht, so gelten im Rahmen der vorliegenden Erfindung für die im Zusammenhang mit den Substituenten R1, R2, R3 und R4 verwendeten Begriffe die folgenden allgemeinen Definitionen:
"Ci-C6-Alkyl" steht für einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Dies sind unter anderem Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, 2-Butyl, iso-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, 1 -Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1 ,1 - Dimethylpropyl, 1 ,2-Dimethylpropyl,2,2-Dimethylpropyl, 1 -Ethylpropyl, n-Hexyl, 1 -Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1 ,1 -Dimethylbutyl,
1 .2- Dimethylbutyl, 1 ,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl,
3.3- Dimethylbutyl, 1 -Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1 ,1 ,2-Trimethylpropyl, 1 ,2,2-Trimethyl- propyl, 1 -Ethyl-1 -methylpropyl, 1 -Ethyl-2-methylpropyl, n-Heptyl, 1 -Methylhexyl, 2-Methylhexyl, 3-Methylhexyl, 4-Methylhexyl, 5-Methylhexyl, 1 -Ethylpentyl,
2-Ethylpentyl, 3-Ethylpentyl, 1 -Propylpentyl, n-Octyl, 1 -Methyloctyl, 2-Methylheptyl,
1 - Ethylhexyl, 2-Ethylhexyl, 1 ,2-Dimethylhexyl, 1 -Propylpentyl and 2-Propylpentyl.
"C5-C6-Cycloalkyl" steht für einen cyclischen Alkylrest mit 5 bis 6 Kohlenstoffatomen wie z. B. Cyclopentyl und Cyclohexyl.
"C2-C6-Alkenyl" steht für einen linearen oder verzweigten Alkenylrest mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen wie Ethenyl, 1 -Propenyl, 2-Propenyl, 1 -Methylethenyl, 1 -Butenyl,
2- Butenyl, 3-Butenyl, 1 -Methyl-1 -propenyl, 2-Methyl-1 -propenyl, 1 -Methyl-2-propenyl, 2-Methyl-2-propenyl, 1 -Pentenyl, 2-Pentenyl, 3-Pentenyl, 4-Pentenyl, 1 -Methyl-1 - butenyl, 2-Methyl-1 -butenyl, 3-Methyl-1 -butenyl, 1-Methyl-2-butenyl, 2-Methyl-2- butenyl, 3-Methyl-2-butenyl, 1 -Methyl-3-butenyl, 2-Methyl-3-butenyl, 3-Methyl-3- butenyl, 1 ,1 -Dimethyl-2-propenyl, 1 ,2-Dimethyl-1 -propenyl, 1 ,2-Dimethyl-2-propenyl, 1 -Ethyl-1 propenyl, 1 -Ethyl-2-propenyl, 1 -Hexenyl, 2-Hexenyl, 3-Hexenyl, 4-Hexenyl, 5-Hexenyl, 1 -Methyl-1 -pentenyl, 2-Methyl-1 -pentenyl, 3-Methyl-1 -pentenyl, 4-Methyl-1 - pentenyl, 1 -Methyl-2-pentenyl, 2-Methyl-2-pentenyl, 3-Methyl-2-pentenyl, 4-Methyl-2- pentenyl, 1 -Methyl-3-pentenyl, 2-Methyl-3pentenyl, 3-Methyl-3-pentenyl, 4-Methyl-3- pentenyl, 1 -Methyl-4-pentenyl, 2-Methyl-4-pentenyl, 3-Methyl-4-pentenyl, 4-Methyl-4- pentenyl, 1 ,1 -Dimethyl-2-butenyl, 1 ,1 -Dimethyl-3-butenyl, 1 ,2-Dimethyl-1 -butenyl, 1 ,2-Dimethyl-2-butenyl, 1 ,2-Dimethyl-3-butenyl, 1 ,3-Dimethyl-1 -butenyl, 1 ,3-Dimethyl- 2-butenyl, 1 ,3-Dimethyl-3-butenyl, 2,2-Dimethyl-3-butenyl, 2,3-Dimethyl-1 -butenyl, 2,3-Dimethyl-2-butenyl, 2,3-Dimethyl-3-butenyl, 3,3-Dimethyl-1 -butenyl, 3,3-Dimethyl- 2-butenyl, 1 -Ethyl-1 -butenyl, 1 -Ethyl-2-butenyl, 1 -Ethyl-3-butenyl, 2-Ethyl-1 -butenyl, 2-Ethyl-2-butenyl, 2-Ethyl-3-butenyl, 1 ,1 ,2-Trimethyl-2-propenyl, 1 -Ethyl-1 -methyl-2- propenyl, 1 -Ethyl-2-methyl-1 -propenyl, 1 -Ethyl-2-methyl-2-propenyl.
"C2-C6-Alkinyl" steht für ein lineares oder verzweigtes Alkinyl mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen wie Ethinyl, 1 -Propinyl, 2-Propinyl, 1 -Butinyl, 2-Butinyl, 3-Butinyl, 1 -Methyl-2- propinyl, 1 -Pentinyl, 2-Pentinyl, 3-Pentinyl, 4-Pentinyl, 1 -Methyl-2-butinyl, 1 -Methyl-3- butinyl, 2-Methyl-3-butinyl, 3-Methyl-1 -butinyl, 1 ,1 -Dimethyl-2-propinyl, 1 -Ethyl-2- propinyl, 1 -Hexinyl, 2-Hexinyl, 3-Hexinyl, 4-Hexinyl, 5-Hexinyl, 1 -Methyl-2-pentinyl, 1 - Methyl-3-pentinyl, 1 -Methyl-4-pentinyl, 2-Methyl-3-pentinyl, 2-Methyl-4-pentinyl, 3- Methyl-1 -pentinyl, 3-Methyl-4-pentinyl, 4-Methyl-1 -pentinyl, 4-Methyl-2-pentinyl, 1 ,1 - Dimethyl-2-butinyl, 1 ,1 -Dimethyl-3-butinyl, 1 ,2-Dimethyl-3-butinyl, 2,2-Dimethyl-3- butinyl, 3,3-Dimethyl-1 -butinyl, 1 -Ethyl-2-butinyl, 1-Ethyl-3-butinyl, 2-Ethyl-3-butinyl, 1 - Ethyl-1 -methyl-2-propinyl.
"Ci-C4-Alkoxy" steht für eine über ein Sauerstoff gebundene Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie z. B. Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, 1 -Methylethoxy (Isopropoxy), Butoxy, 1 -Methylpropoxy (sec-Butoxy), 2-Methylpropoxy (Isobutoxy) oder
1 ,1 -Dimethylethoxy (tert- Butoxy).
"Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl" steht für eine wie zuvor definierte Ci-C4-Alkoxygruppe, die in Form einer Etherbindung über den Sauerstoff an eine wie zuvor definierte C1-C4- Alkylgruppe gebunden ist. Beispiele sind Methoxymethyl, 2-Methoxyethyl, Ethoxy- methyl, 3-Methoxypropyl, 3-Ethoxypropyl.
"Phenyl-Ci-C4-alkyl" steht für eine Phenylgruppe, die an eine wie zuvor definierte Ci-C4-Alkylgruppe gebunden ist. Beispiele sind Benzyl, Phenylethyl, Phenylpropyl, Phenylbutyl.
"C3-Cn-Alkylen" steht für ein Alkandiyl mit 3 bis 1 1 Kohlenstoffatomen. Beispiele sind n-Propandiyl, n-Butandiyl, n-Pentandiyl, n-Hexandiyl, n-Heptandiyl, n-Octandiyl, n- Nonandiyl, n-Decandiyl, n-Undecandiyl, Methylpropandiyl, Methylbutandiyl, Methylpen- tandiyl, Methylhexandiyl, Methylheptandiyl, Methyloctandiyl, Methylnonandiyl, Methyl- decandiyl, Dimethylpropandiyl, Dimethylbutandiyl, Dimethylpentandiyl, Dimethylhexan- diyl, Dimethylheptandiyl, Dimethyloctandiyl, Dimethylnonandiyl. Im Hinblick auf die erfindungsgemäße Verwendung sind die Verbindungen der Formel (I) bevorzugt, worin die Reste R1, R2, R3 und R4 unabhängig von einander eine oder mehrere der folgenden Bedeutungen aufweisen:
R1 ist ausgewählt unter Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, insbesondere Ci-C4-Alkyl, beson- ders bevorzugt Methyl, Ethyl, n-Propyl und iso-Propyl, insbesondere Methyl und
Ethyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl, Cs-Ce-Cycloalkyl, insbesondere Cyclohexyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, insbesondere Benzyl, C2-C6-Alkenyl und C2-C6- Alkinyl; R2 ist ausgewählt unter Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, insbesondere Ci-C4-Alkyl, besonders bevorzugt Methyl, Ethyl, n-Propyl und iso-Propyl, speziell Methyl oder Ethyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl, Cs-Ce-Cycloalkyl, insbesondere Cyclohexyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, insbesondere Benzyl, C2-C6-Alkenyl und C2-C6-Alkinyl; R1 und R2 können auch gemeinsam für eine C3-Cn-Alkylengruppe, bevorzugt eine C4-C6-Alkylengruppe, wie beispielsweise 1 ,4-Butandiyl, 1 ,5-Pentandiyl oder 1 ,6-Hexandiyl, insbesondere eine lineare Cs-Alkylengruppe (1 ,5-Pentandiyl) stehen; R3 ist ausgewählt unter Wasserstoff, d-Ce-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl, Cs-Ce- Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl und C2-C6-Alkinyl. Bevorzugt ist R3 Wasserstoff;
R4 ist ausgewählt unter Wasserstoff, d-Ce-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl, C5-C6- Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl und C2-C6-Alkinyl. Bevorzugt ist R4 Wasserstoff;
R3 und R4 können auch gemeinsam für eine C4-C6-Alkylengruppe, wie beispielsweise 1 ,4-Butandiyl, 1 ,5-Pentandiyl oder 1 ,6-Hexandiyl, stehen.
In bevorzugten Verbindungen der Formel I steht bzw. stehen wenigstens einer der Reste R3 und R4, insbesondere beide Reste R3 und R4, für Wasserstoff. Bevorzugt ist die Verwendung einer Verbindung der Formel I, in der wenigstens einer der Reste R1, R2, R3 und R4 verschieden von Wasserstoff ist. Insbesondere ist wenigstens einer der Reste R1 und/oder R2 von Wasserstoff verschieden und wenigstens einer der Reste R3 und R4, insbesondere beide Reste R3 und R4, stehen für Wasserstoff.
Im Hinblick auf die erfindungsgemäße Verwendung sind die Verbindungen der Formel (I) besonders bevorzugt, worin die Reste R1 und R2 die folgenden Bedeutungen aufweisen, wobei die Reste R3 und R4 die zuvor angegebenen Bedeutungen aufweisen und vorzugsweise einer der Reste R3 oder R4 für Wasserstoff steht und insbesondere beide Reste R3 und R4 für Wasserstoff stehen:
R1 ist ausgewählt unter Wasserstoff und Ci-C4-Alkyl, insbesondere Wasserstoff,
Methyl oder Ethyl; R2 ist ausgewählt unter Ci-C4-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl, C5-C6-Cycloalkyl,
Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl und C2-C6-Alkinyl, insbesondere unter Ci-C4-Alkyl und Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl und speziell unter Methyl oder Ethyl;
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stehen R1 und R2 je- weils für Ci-C4-Alkyl, insbesondere für Methyl oder Ethyl. In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Reste R3 und R4 die zuvor angegebenen Bedeutungen auf, wobei vorzugsweise einer der Reste R3 oder R4 für Wasserstoff steht und insbesondere beide Reste R3 und R4 für Wasserstoff stehen. In einer ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stehen R1 und R2 gemeinsam für eine C4-C6-Alkylengruppe, wie beispielsweise 1 ,4-Butandiyl, 1 ,5-Pentandiyl oder 1 ,6-Hexandiyl, insbesondere eine lineare Cs-Alkylengruppe (1 ,5-Pentandiyl). In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Reste R3 und R4 die zuvor angegebenen Bedeutungen auf, wobei vorzugsweise einer der Reste R3 oder R4 für Wasserstoff steht und insbesondere beide Reste R3 und R4 für Wasserstoff stehen.
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Bevorzugt sind Verbindungen der allgemeinen Formel la in denen R1 und R2 eine der oben gegebenen Bedeutungen aufweisen und deren Gemische. Besonders bevorzugt sind Verbindungen der allgemeinen Formel la, in denen R1 und R2 die in Tabelle 1 beschriebenen Bedeutungen zeigen.
Figure imgf000011_0001
Hierunter sind besonders die folgenden Verbindungen und deren Gemische bevorzugt:
• 4,4-Diethyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
• 4,4-Dimethyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
· 4-Methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
• 4-Ethyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
• 4-Ethyl-4-methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
• 4-lsopropyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
• 4-lsopropyl-4-methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on • 4-Methylen-1 ,3-dioxa-spiro[4.5]decan-2-on
• 4-Phenyl-4-methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
• 4-n-Propyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
• 4-n-Propyl-4-methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
· 4-Methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
Die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen der Formeln I bzw. la, die im Folgenden auch als exo-Vinylencarbonate bezeichnet werden, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus DE 1098953, DE 3433403, EP 837062, JP 2006- 137733, JP 2008222619, J. Org. Chem. 2007, 72, 647-649; Angew. Chem. 2009, 121 , 4258-4261 ; Eur. J. Org. Chem. 2007, 2604-2607; Eur. J. Org. Chem. 2008, 2309-2312; Org. Lett. 2006, 8, 515-518.
Verbindungen der Formel I, worin wenigstens einer der beiden Reste R3, R4 für Wasser- stoff steht (im Folgenden auch Verbindungen Ib), können beispielsweise durch Umsetzung von ggf. substituierten Propargylalkoholen der Formel II mit CO2 in Gegenwart eines Katalysators hergestellt werden. In Formeln Ib und II besitzen R1 und R2 die zuvor angegebenen Bedeutungen und R' weist eine der für R3 oder R4 angegebenen Bedeutungen auf.
Schema 1 . Herstellung von exo-Vinylencarbonaten
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Als Katalysatoren kommen grundsätzlich Übergangsmetallkatalysatoren in Frage, die als aktives Metall beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Palladium oder Platin enthalten, z. B. Silbersalze wie Silberacetat, Silbercarbonat, Kupfer(ll)-Salze wie Kupferacetat oder Kupfer(l)halogenide wie Cul, CuBr, CuCI, weiterhin Palladium(0)-Katalysatoren, wobei die vorgenannten Übergangsmetall-Verbindungen gegebenenfalls in Kombination mit einem organischen Amin, z. B. einem Tri-Ci-C6-alkylamin wie Triethylamin oder einer Amidin-Base wie Diazabicyclo[4.3.0] nonen (DBN) oder Diazabicyc- lo[5.4.0]undecen (DBU) oder mit einem organischen Phosphin z. B. Trialkylphosphine oder Triarylphosphine wie Tributylphosphin und Triphenylphosphin oder in Kombination mit einer Mischung aus einem der vorgenannten Phosphine mit einem Ammoniumsalz wie beispielsweise Tri-Ci-C6-alkylammoniumhalogeniden oder Tetra-Ci-C6-alkyl- ammoniumhalogeniden eingesetzt werden können. Als Katalysatoren kommen weiterhin organische Phosphine als solche, z. B. Trialkylphosphine oder Triarylphosphine wie Tributylphosphin oder Triphenylphosphin, sowie sterisch gehinderte Carbene, z. B. 1 ,3-substiuierte 2,3-Dihydroimidazol-2-yliden-Verbindungen wie 1 ,3-Diisopropyl-2,3- dihydro-4,5-imidazol-2-yliden oder deren CC"2-Addukte sowie Kombinationen davon mit den vorgenannten Phosphinen in Betracht. Die Reaktion kann drucklos oder vorzugsweise unter erhöhtem Druck, z. B. bei 50 bis 500 Bar oder in überkritischem CO2, durchgeführt werden. Bezüglich der Reaktionsbedingungen wird auf die zuvor genannte Literatur verwiesen.
Anstelle von CO2 kann auch ein Carbonsäureanhydrid wie beispielsweise Bis-(tert- Butyl)dikohlensäureanhydrid (B0C2O) eingesetzt werden. In diesem Fall erfolgt die Umsetzung üblicherweise in zwei Stufen, wobei man in der ersten Stufe die Verbindung II mit einem Ester des Biskohlensäureanhydrids, z. B. mit B0C2O, in Gegenwart einer Base, beispielsweise Natriumhydrid, umsetzt und den dabei erhaltenen Ester in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators, z. B. eines goldhaltigen Katalysators cyc- lisiert. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise in Org. Lett. 2006, 8, 515-518 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Verbindungen der Formel I, in denen einer oder beide Reste R3 bzw. R4 für einen von Wasserstoff verschiedenen Rest stehen, können ausgehend von Verbindungen der Formel I, worin beide Reste R3 und R4 für Wasserstoff stehen (Verbindungen la bzw. Ib), durch Heck-Kupplung, beispielsweise in Analogie zu der in Tetrahedron Lett. 2000, 5527-5531 beschriebenen Methode, hergestellt werden.
Erfindungsgemäß werden die Verbindungen der Formel I in Epoxidharzzusammensetzungen verwendet. Neben einer verdünnenden Wirkung, d. h. einer Herabsetzung der Viskosität, tritt auch eine signifikante Erhöhung der Reaktivität der Epoxidharzzusammensetzungen, insbesondere bei aminischer Härtung, auf. In der Regel zeigt sich der gewünschte Verdünnungseffekt aber auch die erhöhte Reaktivität bereits bei einem Zusatz geringer Mengen der Verbindung der Formeln I bzw. la oder Ib oder eine Ge- mischs von Verbindungen der Formeln I bzw. la oder Ib zu einer konventionellen Epoxidharzzusammensetzung. In der Regel wird man die Verbindung(en) der Formeln I bzw. la oder Ib in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,001 Gewichtsteilen, häufig wenigstens 0,005 Gewichtsteilen, insbesondere wenigstens 0,01 Gewichtsteilen, bezogen auf 1 Gewichtsteil der Epoxidharzkomponente A, verwenden. Häufig wird man die Verbindung(en) der Formeln I bzw. la oder Ib in einer Gesamtmenge von höchsten 1 Gewichtsteil, vorzugsweise höchstens 0,7 Gewichtsteilen, insbesondere höchstens 0,5 Gewichtsteilen, bezogen auf 1 Gewichtsteil der Epoxidharzkomponente, verwenden.
In den erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen beträgt dementsprechend die Gesamtmenge an Verbindungen der Formeln I bzw. la oder Ib in der Regel 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, häufig 0,5 bis 40 Gew.-% und insbesondere 1 bis
30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Verbindungen der Formeln I bzw. la oder Ib plus Epoxidharzkomponente A. Als Komponente A der erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen können grundsätzlich alle Epoxidgruppen aufweisende Substanzen eingesetzt werden, die üblicherweise in härtbaren Epoxidharzzusammensetzungen eingesetzt werden. In Betracht kommen insbesondere Epoxyverbindungen mit 1 bis 10 Epoxygruppen, vorzugsweise mit mindestens zwei Epoxygruppen im Molekül. Der Gehalt an Epoxid- Gruppen in typischen Substanzen der Komponente A liegt üblicherweise im Bereich von 120 bis 3000 g/Äquivalent, gerechnet als sogenanntes Epoxidäquivalent gemäß DIN 16945.
Hierunter bevorzugt sind sogenannte Glycidyl-basierte Epoxidharze, insbesondere solche, die durch Veretherung aromatischer, aliphatischer oder cycloaliphatischen Po- lyole mit Epichlorhydrin hergestellt werden. Derartige Substanzen werden häufig auch als Polyglycidylether von aromatischen, bzw. als Polyglycidylether von aliphatischen oder cycloaliphatischen Polyolen bezeichnet. Bei den Epoxidharzen der Komponente A kann es sich um Flüssigharze, um Festharze oder um Mischungen davon handeln. Flüssigharze unterscheiden sich von Festharzen durch geringere Viskosität. Zudem weisen Flüssigharze in der Regel einen höheren Anteil an Epoxidgruppen und dementsprechend ein niedrigeres Epoxidäquivalent auf. Der Gehalt an Epoxidgruppen in typischen Flüssigharzen der Komponente A liegt üblicherweise im Bereich von 120 bis 200 g/Äquivalent und der der Festharze im Bereich von 450-3000 g/Äquivalent, gerechnet als sogenanntes Epoxidäquivalent gemäß DIN 16945.
Die Viskosität der Flüssigharze der Komponente A liegt bei 25 °C üblicherweise im Bereich von 1 bis 20 Pas, bevorzugt im Bereich von 5 bis 15 Pas. Die Viskosität der der Festharze liegt bei 25 °C üblicherweise im Bereich 5 bis 40 Pas, bevorzugt im Bereich von 20 bis 40 Pas. Die hier angegebenen Viskositäten sind die gemäß DIN 53015 bei 25 °C als 40%ige Lösungen der Harze in Methylethylketon bestimmten Werte. Geeignete Epoxidharze sind beispielsweise die unter EPILOX®, EPONEX®, EPIKOTE®, EPONOL®, D.E.R, ARALDITE oder ARACAST im Handel erhältlichen Produkte, z. B. EPI LOX A 17-00, A 17-01 , A 18-00, A 19-00, A 19-01 , A 19-02, A 19-03, A 19-04, F 17-00, T 19-27, AF 18-50, AF 18-30, F 16-01 , P 22-00 der Fa. Leuna-Harze GmbH, Epon Resin 825, 826, 828, 830, 834, 862, 863, 813, 815C, 824, 872, 8131 , 8132, 8201 , 8280, 8281 , CS-241 , CS 377 der Fa. Hexion, D.E.R 640, 642U, 671 , 662, 663U, 664, 667, 672U der Firma Dow sowie Araldit® GT 6063, 6064, 6084, 6097, 7004, 7220, 7225, 7072, 7097, 7203, 7220 und 7304 der Firma Huntsman.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Epoxidharz-Komponente A unter Polyglycidethern aromatischer Polyole ausgewählt. Beispiele hierfür sind die vom Diglycidylether des Bisphenols A abgeleitetenen Harze (DGEBA-Harze, R' = CH3) und die vom Bisphenol F abgeleiteten Harze (R' = H), welche sich durch die folgende all- gemeine Formel beschreiben lassen:
Figure imgf000015_0001
In der Formel gibt der Parameter n die Anzahl der Wiederholungseinheiten an, wobei der Mittelwert von n mit dem jeweiligen mittleren Molekulargewicht korrespondiert.
Beispiele für Epoxidharze auf Basis von Polyglycidylethern aromatischer Polyole sind weiterhin Glycidylether von Phenol- und Kresol-basierten Novolaken. Novolake werden durch die säurekatalysierte Kondensation von Formaldehyd und Phenol oder Kresol hergestellt. Durch Umsetzung der Novolake mit Epichlorhydrin erhält man die Glycidylether der Novolake.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Epoxidharz- Komponente A unter Polyglycidylethern cycloaliphatischer Polyole und den Polyglyci- dylestern cycloaliphatischer Polycarbonsäuren ausgewählt. Beispiele für Polyglycidyl- ether von cycloaliphatischen Polyolen sind die Kernhydrierungsprodukte von Polyglycidylethern auf Basis von Bisphenol-A, die Kernhydrierungsprodukte von Polyglycidylethern auf Basis von Bisphenol-F, die Kernhydrierungsprodukte von Polyglycidylethern auf Basis von Novolaken und deren Gemische. Derartige Verbindungen werden übli- cherweise durch selektive Hydrierung der aromatischen Ringe in den zuvor genannten aromatischen Polyglycidylethern hergestellt. Beispiele für solche Produkte sind das P 22-00 der Fa. LeunaHarze und Eponex 1510 der Fa. Hexion. Beispiele für Polyglycidyl- ester von cycloaliphatischen Polycarbonsäuren ist Hexahydrophthalsäurediglycidyl- ester
Als Epoxidharze A für die erfindungsgemäßen Lackformulierungen sind auch epoxid- gruppenhaltige Polyacrylatharze geeignet. Diese werden in der Regel durch Copolyme- risation von mindestens einem ethylenisch ungesättigten Monomer, das mindestens eine Epoxidgruppe, insbesondere in Form einer Glycidylethergruppe, im Molekül ent- hält, mit mindestens einem weiteren ethylenisch ungesättigten Monomer, das keine Epoxidgruppe im Molekül enthält, hergestellt, wobei vorzugsweise wenigstens eines der Comonomere ein Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure ist. Beispiele für die ethylenisch ungesättigte Monomere, die mindestens eine Epoxidgruppe im Molekül enthalten, sind Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat und Allylglycidylether. Beispiele für ethylenisch ungesättigte Monomere, die keine Epoxidgruppe im Molekül enthalten, sind Alkylester der Acryl und Methacrylsäure, die 1 bis 20 Kohlenstoffatome im Alkylrest enthalten, insbesondere Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacry- lat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und 2-Ethylhexylmethacrylat. Weitere Beispiele für ethylenisch ungesättigte Monomere, die keine Epoxidgruppen im Molekül enthalten, sind Säuren, wie z. B. Acrylsäure und Methacrylsäure. Säureamide, wie z. B. Acrylsäure- und Methacrylsäureamid, vinylaromatische Verbindungen, wie Styrol, Methylstyrol und Vinyltoluol, Nitrile, wie Acrylnitril und Methacrylnitril, Vinyl- und Vinylidenhalogenide, wie Vinylchlorid und Vinylidenfluorid, Vinylester, wie z. B. Vinyl- acetat und hydroxylgruppenhaltige Monomere, wie z. B. Hydroxyethylacrylat und Hydroxyethylmethacrylat. Das epoxidgruppenhaltige Polyacrylatharz weist üblicherweise ein Epoxidäquivalentgewicht von 400 bis 2500, vorzugsweise 500 bis 1500, besonders bevorzugt 600 bis 1200 auf. Das zahlenmittlere Molekulargewicht (gelpermeati- onschromatographisch unter Verwendung eines Polystyrolstandards bestimmt) liegt typischerweise im Bereich von 1000 bis 15 000, vorzugsweise von 1200 bis 7000, be- sonders bevorzugt von 1500 bis 5000. Die Glasübergangstemperatur (TG) liegt typischerweise im Bereich von 30 bis 80 °C, vorzugsweise von 40 bis 70 °C, besonders bevorzugt von 50 bis 70 °C (gemessen mit Hilfe der Differentialkalorimetrie (DSC)). Epoxidgruppenhaltige Polyacrylatharze sind bekannt (vgl. z. B. EP-A-299 420, DE-B-22 14 650, DE-B-27 49 576, US-A-4,091 ,048 und US-A-3,781 ,379). Beispiele für solche Harze sind Epon 8021 , Epon 81 1 1 , Epon 8161 der Fa. Hexion.
Die Epoxidharze der Komponente A können sich auch von anderen Epoxiden ableiten (Nichtglycidylether-Epoxidharze). Hierzu zählen insbesondere Verbindungen, einschließlich Oligomeren und Polymeren, die wenigstens eine, insbesondere mehrere epoxidierte cycloaliphatische Gruppen, insbesondere 7-Oxabicyclo-[4.1 .0]-heptyl- Gruppen aufweisen, die durch Epoxidierung von Verbindungen mit Cyclohexenylgrup- pen erhältlich sind. Beispiele für die Epoxidierungsprodukte von Verbindungen mit wenigstens einer cycloolefinischen Gruppe sind 4-Epoxyethyl-1 ,2-epoxycyclohexan und die Verbindung der folgenden Formel:
Figure imgf000017_0001
die beispielsweise von der Fa. Cytec unter der Bezeichnung Uvacure 1500 vertrieben wird. Bevorzugt werden die Verbindungen eingesetzt, die wenigstens eine, insbesondere mehrere epoxidierte cycloaliphatische Gruppen, insbesondere 7-Oxabicyclo- [4.1 .0]-heptyl-Gruppen aufweisen, die durch Epoxidierung von Verbindungen mit Cyc- lohexenylgruppen erhältlich sind, und deren Oligomere nicht alleine sondern in Kombination mit einer oder mehrerer der vorgenannten Substanzen, die wenigstens zwei Glycidylethergruppen im Molekül aufweisen.
Neben den Epoxidharzen der Komponente A und den Verbindungen der Formel I können die Epoxidharzzusammensetzungen auch konventionelle Reaktivverdünner enthalten. Hierunter versteht man vor allem niedermolekulare Verbindungen mit einem Mole- kulargewicht von vorzugsweise maximal 250 Dalton, z. B. im Bereich von 100 bis 250 Dalton, die Oxirangruppen, vorzugsweise Glycidylgruppen, z. B. in Form von Glycidylethergruppen, Gyicidylestergruppen oder Glycidylamidgruppen, aufweisen. Die Epoxid- Funktionalität, d. h. die Zahl der Epoxidgruppen pro Molekül liegt bei den Reaktivverdünnern typischerweise im Bereich von 1 bis 3, insbesondere im Bereich von 1 ,2 bis 2,5. Hierunter bevorzugt sind insbesondere Glycidylether von aliphatischen oder cyclo- aliphatischen Alkoholen, die vorzugsweise 1 , 2, 3 oder 4 OH-Gruppen und 2 bis 20 bzw. 4 bis 20 C-Atome aufweisen, sowie Glycidylether von aliphatischen Polyethero- len, die 4 bis 20 C-Atome aufweisen. Beispiele hierfür sind:
Glycidylether von gesättigten Alkanolen mit 2 bis 20 C-Atomen, wie beispielswei- se C2-C2o-Alkylglycidylether wie 2-Ethylhexylglycidylether;
Glycidylether von gesättigten Alkanpolyolen mit 2 bis 20 C-Atomen, z. B. die Glycidylether von 1 ,4-Butandiol, 1 ,6-Hexandiol, Trimethylolpropan oder von Pentae- rythritol, wobei die vorgenannten Glycidylether-Verbindungen in der Regel eine Epoxid-Funktionalität im Bereich von 1 bis 3,0 und vorzugsweise im Bereich von 1 ,2 bis 2,5 aufweisen; Glycidylether von Polyetherolen mit 4 bis 20 C-Atomen, beispielsweise Glycidyl- ether von Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol oder Tripropylenglykol;
Glycidylether von cycloaliphatischen Alkoholen mit 5 bis 20 C-Atomen wie bei- spielsweise Bisglycidylether von Cyclohexan-1 ,4-diyl, der Bisglycidylether von kernhydriertem Bisphenol A oder von kernhydriertem Bisphenol F,
Glycidylether von Polyalkylenoxiden mit 2 bis 4 C-Atomen wie Polyethylenoxid oder Polypropylenoxid;
und Gemische der vorgenannten Substanzen.
Sofern erwünscht, werden die konventionellen Reaktivverdünner in den erfindungsgemäßen Formulierungen in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,01 Gewichtsteilen, häufig wenigstens 0,02 Gewichtsteilen, insbesondere wenigstens 0,05 Gewichtsteilen, bezogen auf 1 Gewichtsteil der Epoxidharzkomponente A, verwendet. Da die Verbin- düngen der Formel I die durch konventionelle Reaktivverdünner häufig bewirkte Herabsetzung der Reaktivität ausgleichen oder sogar überkompensieren, können die konventionellen Reaktivverdünner in größerer Menge eingesetzt werden als im Stand der Technik. In der Regel wird man jedoch die konventionellen Reaktivverdünner in einer Gesamtmenge von höchstens 1 Gewichtsteil, vorzugsweise höchstens 0,8 Ge- wichtsteilen, insbesondere höchstens 0,7 Gewichtsteilen, bezogen auf 1 Gewichtsteil der Epoxidharzkomponente, verwenden. Vorzugsweise wird die Gesamtmenge an konventionellem Reaktivverdünner plus Verbindung der Formel I nicht mehr als 1 ,1 Gewichtsteile, insbesondere nicht mehr als 1 Gewichtsteil und speziell nicht mehr als 0,9 Gewichtsteile, bezogen auf 1 Gewichtsteil der Epoxidharzkomponente A betra- gen. Sofern die erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen einen oder mehrere konventionelle Reaktivverdünner enthalten, liegt das Gewichtsverhältnis von Verbindung der Formel I zu konventionellem Reaktivverdünner üblicherweise in einem Bereich von 1 : 100 bis 100 : 1 , insbesondere im Bereich von 1 : 50 bis 50 : 1 . Insbesondere wird der konventionelle Reaktivverdünner nicht mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Reaktivverdünner + Verbindung I ausmachen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung liegt das Gewichtsverhältnis von Verbindung I zu konventionellem Reaktivverdünner im Bereich von 1 : 10 bis 10 : 1 , insbesondere im Bereich von 1 : 5 bis 5 : 1 und speziell im Bereich von 1 : 2 bis 2 : 1 .
Neben der Verbindung I und der Epoxidharzkomponente A sowie gegebenenfalls einem oder mehreren konventionellen Reaktivverdünnern als Komponente C können die erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen konventionelle organische Verdünnungsmittel enthalten. Hierunter versteht man organische Lösungsmittel, die bei Normaldruck einen Siedepunkt unterhalb 200 °C aufweisen und die mit den Epo- xidgruppen und den Gruppen eines gegebenenfalls vorhandenen Reaktivverdünners keine Reaktion unter Bindungsbildung eingehen. Konventionelle Verdünnungsmittel sind typischerweise organische Lösungsmittel, beispielsweise Ketone mit vorzugswei- se 3 bis 8 C-Atomen wie Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon und dergleichen, Ester aliphatischer Carbonsäuren, vorzugsweise der Essigsäure, der Propionsäure oder der Butansäure, insbesondere die Ci-C6-Alkylester dieser Säuren wie Ethylacetat, Propylacetat und Butylacetat, aromatische Kohlenwasserstoff insbesondere Alkylaro- maten wie beispielsweise Toluol, Mesitylen, 1 ,2,4-Trimethylbenzol, n-Propylbenzol, Isopropylbenzol, Cumol, oder Xylole und Mischungen von Alkylaromaten, insbesondere technische Gemische wie sie beispielsweise als Solvessomarken im Handel erhältlich sind, aliphatische und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe sowie Alkanole mit vorzugsweise 1 bis 8 C-Atomen und Cycloalkanole mit vorzugsweise 5 bis 8 C-Atomen wie Methanol, Ethanol, n- und Isopropanol, Butanole, Hexanole, Cyclopentanol und Cyclohexanol und dergleichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung Lösemittel allenfalls in untergeordneten Mengen (weniger als 20 Gew.-%, insbesondere weniger als 10 Gew.-% oder weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Epoxid- harzkomponente A + C und Verbindung der Formel I) und besonders bevorzugt kein Lösemittel (100 % System).
Neben den vorgenannten Bestandteilen kann die Epoxidharzzusammensetzung die hierfür üblichen Füllstoffe und/oder Additive enthalten.
Geeignete Füllstoffe sind beispielsweise anorganische oder organische partikelförmige Materialien wie beispielsweise Calciumcarbonate und Silikate sowie anorganische Fasermaterialien wie beispielsweise Glasfaser. Auch organische Füllstoffe wie Kohlefaser und Mischungen aus organischen und anorganischen Füllstoffen, wie beispielsweise Mischungen aus Glas- und Kohlefasern oder Mischungen aus Kohlefasern und anorganischen Füllstoffen können Anwendung finden. Die Füllstoffe können in einer Menge von 1 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, zugesetzt werden. Geeignete herkömmliche Additive umfassen beispielsweise Antioxidantien, UV- Absorber/Lichtstabilisatoren, Metalldeaktivatoren, Antistatika, Verstärkungsstoffe, Füllstoffe, Antifoggingmittel, Treibmittel, Biozide, Weichmacher, Gleitmittel, Emulgatoren, Farbmittel, Pigmente, Rheologiemittel, Schlagzähigkeitsverbesserer, Katalysatoren, Adhäsionsregulatoren, optische Aufheller, Flammschutzmittel, Antitropfmittel, Nukleie- rungsmittel, Lösungsmittel und Reaktivverdünner sowie Gemische davon.
Die gegebenenfalls verwendeten Lichtstabilisatoren / UV-Absorber, Antioxidantien und Metalldeaktivatoren weisen vorzugsweise eine hohe Migrationsstabilität und Temperaturbeständigkeit auf. Sie sind beispielsweise aus den Gruppen a) bis t) ausgewählt. Die Verbindungen der Gruppen a) bis g) und i) stellen Lichtstabilisatoren/UV-Absorber dar, während Verbindungen j) bis t) als Stabilisatoren wirken. a) 4,4-Diarylbutadiene,
b) Zimtsäureester,
c) Benzotriazole,
d) Hydroxybenzophenone,
e) Diphenylcyanacrylate,
f) Oxamide,
g) 2-Phenyl-1 ,3,5-triazine,
h) Antioxidantien,
i) Nickelverbindungen,
j) sterisch gehinderte Amine,
k) Metalldesaktivatoren,
I) Phosphite und Phosphonite,
m) Hydroxylamine,
n) Nitrone,
o) Aminoxide,
P) Benzofuranone und Indolinone,
q) Thiosynergisten,
Peroxid-zerstörende Verbindungen,
s) Polyamidstabilisatoren, und
t) basische Costabilisatoren.
Die Wahl geeigneter herkömmlicher Additive für die erfindungsgemäße Zusammensetzung hängt vom jeweiligen Verwendungszweck der gehärteten Epoxidharze ab und kann im Einzelfall vom Fachmann bestimmt werden. Die Aushärtung der erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen erfolgt üblicherweise mittels geeigneter Härter, die in der Regel kurz vor der Härtung zugegeben werden. In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Epoxidharzzusammensetzung um ein sogenanntes 2-K System, das durch Zugabe eines Vernetzers ausgehärtet wird. Mit anderen Worten, derartige Epoxidharzzusam- mensetzungen sind im Wesentlichen frei von Härtern und werden erst durch Zusatz eines Härters ausgehärtet. Im Wesentlichen frei von Härtern bedeutet, dass Menge an Härter weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 %, insbesondere weniger als 1 % der zur Aushärtung benötigten Menge an Härter beträgt. Im Wesentlichen frei von Härtern bedeutet insbesondere, dass die Menge an Härter weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, insbesondere weniger als 0, 5 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzung, beträgt.
Die zur Aushärtung benötigte Menge an Härter bestimmt sich in an sich bekannter Weise über die Anzahl der Epoxidgruppen in der Formulierung und die Anzahl der funktionellen Gruppen im Härter. Die Anzahl der Epoxidgruppen im Epoxidharz wird als sogenanntes Epoxidäquivalent angegeben. Das Epoxidäquivalent wird gemäß DIN 16945 bestimmt. Die Anzahl der reaktiven Gruppen im Härter wird im Falle der erfindungsgemäß bevorzugten Aminhärter über die Aminzahl gemäß DIN 16945 berechnet.
Die erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen können auch einen oder mehrere geeignete Katalysatoren für die Aushärtung enthalten, die sich in bekannter Weise nach der Art der reaktiven funktionellen Gruppen im Bindemittel richten.
Geeignete Katalysatoren für die Aushärtung der Epoxidharz-Formulierungen sind Phosphoniumsalze organischer oder anorganischer Säuren, Imidazol und Imidazolde- rivate, quartäre Ammoniumverbindungen sowie Amine. Die Katalysatoren werden, so- fern erwünscht, in Anteilen von 0,01 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Epoxidharzes, der Verbindung I und Härter eingesetzt. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden keine Katalysatoren benötigt, d. h. der Gehalt an Katalysatoren in der Zusammensetzung beträgt weniger als 0,01 Gew.-%. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Aushärtung der erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzung, welches die Umsetzung der Epoxidharzzusammensetzung mit wenigstens einem Härter, vorzugsweise mit wenigstens einem aminischen Härter umfasst. Zu den erfindungsgemäß bevorzugten aminischen Härtern gehören aliphatische und cycloaliphatische Polyamine, aromatische Polyamine, Aminoplaste und Polyamidoami- ne, die gegebenenfalls in Kombination mit Uronen, Amiden, Guanidinen, Ketiminen, Isocyanaten, Imidazolen und Imidazolinen eingesetzt werden können. Bevorzugt sind Aminhärter. Aminhärter vernetzen Epoxidharze durch Reaktion der primären oder sekundären Aminofunktionen der Polyamine mit terminalen Epoxidgrup- pen der Epoxidharze. Bevorzuge Polyaminhärter weisen im Mittel wenigstens zwei primäre oder sekundäre Aminogruppen pro Molekül, z. B. zwei, drei oder vier primäre oder sekundäre Aminogruppen pro Molekül auf. Geeignete Polyamine sind beispielsweise
aliphatische Polyamine wie Ethylendiamin, 1 ,2- und 1 ,3-Propandiamin, Neopen- tandiamin, Hexamethylendiamin, Octamethylendiamin, 1 ,10-Diaminodecan, 1 ,12-Diaminododecan, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpenta- min, Trimethylhexamethylendiamin, 1 -(3-Aminopropyl)-3-aminopropan, 1 ,3-Bis-
(3-aminopropyl)propan, 4-Ethyl-4-methylamino-1 -octylamin und dergleichen; cycloaliphatische Diamine, wie 1 ,2-Diaminocyclohexan, 1 ,3-Bis(aminomethyl)- cyclohexan, 1 -Methyl-2,4-diaminocyclohexan, 4-(2-Aminopropan-2-yl)-1 - methylcyclohexan-1 -amin, Isophorondiamin, 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan, 4,8-Diamino-tricyclo[5.2.1 .0]- decan, Norbornandiamin, Menthandiamin, Menthendiamin und dergleichen; aromatische Diamine, wie Toluylendiamin, Xylylendiamin, insbesondere meta- Xylylendiamin, Bis(4-aminophenyl)methan (MDA oder Methylendianilin),
Bis(4-aminophenyl)sulfon (auch als DADS, DDS oder Dapson bekannt) und der- gleichen;
cyclische Polyamine, wie Piperazin, N-Aminoethylpiperazin und dergleichen; Polyetheramine, insbesondere difunktionelle und trifunktionelle primäre Poly- etheramin auf der Basis von Polypropylenglykol, Polyethylenglykol, Polybutylen- oxid, Poly-(1 ,4-butandiol), Poly-THF oder Polypentylenoxid, z. B.
4,7,10-Trioxatridecan-1 ,3-diamin, 4,7,10-Trioxatridecan-1 ,13-diamin,
1 ,8-Diamino-3,6-dioxaoctan (XTJ-504 von Huntsman), 1 ,10-Diamino-4,7- dioxadecan (XTJ-590 von Huntsman), 1 ,12-Diamino-4,9-dioxadodecan (BASF SE), 1 ,3-Diamino-4,7,10-trioxatridecan (BASF), primäre Polyetheramine auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230 wie z. B. Po- lyetheramine D 230 (BASF SE) oder Jeffamine® D 230 (Huntsman), difunktionelle, primäre Polyetheramine auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, z. B. Polyetheramine D 400 (BASF SE) oder Jeffamine® XTJ 582 (Huntsman), difunktionelle, primäre Polyetheramine auf Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 2000 wie z. B. Polyetheramine D 2000 (BASF SE), Jeffamine® D2000 oder Jeffamine® XTJ 578 (Huntsman), difunktionelle, primäre Polyetheramine auf der Basis von Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 4000 wie z. B. Polyetheramin D 4000 (BASF SE), trifunktionelle, primäre Polyetheramine hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403 wie z. B. Polyetheramine T 403 (BASF SE) oder Jeffamine® T 403 (Huntsman), trifunktionelle, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Glycerin gefolgt durch eine Aminie- rung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 5000 wie z. B. Polyetheramine T 5000 (BASF SE) oder Jeffamine® T 5000 (Huntsman), aliphatische Polyetheramine, die aus einem mit Propylenoxid gepfropftem Poly- ethylenglykol aufgebaut sind und eine mittlere Molmasse von 600 aufweisen, wie z. B. Jeffamine® ED-600 bzw. Jeffamine® XTJ 501 (jeweils Huntsman), aliphatische Polyetheramine, die aus einem mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylen- glykol aufgebaut sind und eine mittlere Molmasse von 900 aufweisen, wie z. B.
Jeffamine® ED-900 (Huntsman), aliphatische Polyetheramine, die aus einem mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylenglykol aufgebaut sind und eine mittlere Molmasse von 2000 aufweisen, wie z. B. Jeffamine® ED-2003 (Huntsman), di- funktionelle, primäre Polyetheramin, hergestellt durch Aminierung eines mit Pro- pylenoxid gepfropften Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220, wie z. B. Jeffamine® HK-51 1 (Huntsman), aliphatische Polyetheramine auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000 wie z. B. Jeffamine® XTJ-542 (Huntsman), aliphatische Polyetheramine auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetra- methylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von
1900 wie z. B. Jeffamine® XTJ-548 (Huntsman), aliphatische Polyetheramine auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400 wie z. B. Jeffamine® XTJ-559 (Huntsman), Polyethertriamine auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400, wie z. B. Jeffamine® XTJ-566 (Huntsman), aliphatische Polyetheramine hergestellt durch Aminierung von mit Butylenoxid aufgepfropften Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219, wie z. B. Jeffamine® XTJ-568 (Huntsman), Polyetheramine auf der Basis von Pentaerythrit und Propylenoxid mit einer mittleren Molmas- se von 600 wie z. B. Jeffamine® XTJ- 616 (Huntsman), Polyetheramine auf der
Basis von Triethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 148, z. B. Jeffamine® EDR-148 (Huntsman), difunktionelle, primäre Polyetheramine hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid gepfropften Ethylenglykols, mit einer mittleren Molmasse von176 wie z. B. Jeffamine® EDR-176 (Huntsman), sowie Polyetheramine hergestellt durch Aminierung von PolyTHF mit einer mittleren
Mollmasse von 250, z. B. PolyTHF-Amin 350 (BASF SE) und Mischungen dieser Amine.
Polyamiddiamine (Amidopolyamine), die durch die Reaktion von dimeren Fettsäuren (z. B. dimere Linolsäure) mit niedermolekularen Polyaminen, wie Diethy- lentriamin, 1 -(3-Aminopropyl)-3-aminopropan oder Triethylentetramin oder anderen Diaminen wie die zuvor genannten aliphatischen oder cycloaliphatischen Diamine, erhältlich sind;
sowie Mischungen der vorgenannten Aminhärter, insbesondere Mischungen von di- funktionellen Aminen aus der Gruppe der aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen Amine mit den vorgenannten Polyetheraminen.
Die Härter werden in solchen Mengen eingesetzt, dass das Verhältnis der Anzahl aller reaktiven Gruppen und der Anzahl aller Epoxidgruppen im Epoxidharz 2 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise 1 ,5 : 1 bis 1 : 1 ,5 und insbesondere etwa 1 : 1 beträgt. Bei einem stöchi- ometrischen Verhältnis von etwa 1 : 1 erhält man ein gehärtetes Harz mit optimalen duroplastischen Eigenschaften. Je nach gewünschten Eigenschaften des Harzes nach Vernetzung kann es aber auch sinnvoll sein, Härter und Epoxidharz in anderen Verhältnissen der reaktiven Gruppen einzusetzen.
In den erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen beträgt dementsprechend die Gesamtmenge an Härtern in der Regel 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, häufig 0,5 bis 40 Gew.-% und insbesondere 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Verbindungen der Formeln I bzw. la oder Ib plus Epoxidharzkomponente A plus einge- setzten Härtern.
Zur Härtung können der Epoxidharzzusammensetzung auch Beschleuniger zugesetzt werden. Beispiele für Beschleuniger sind substituierte Imidazole wie 1 -Methylimidazol, 2-Methylimidazol, 2,4-Ethyl-Methylimidazol, 2-Phenylimidazol, 1 -Cyanoethylimidazol, Imidazoline wie 2-Phenylimidazolin, tertiäre Amine wie N,N-Dimethyl-benzylamin, 1 ,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan (DABCO), 1 ,8-Diazabicyclo-[5.4.0]-undecen-7 (DBU), S-Triazin (Lupragen N 600), Bis-(2-dimethylaminoethyl)ether (Lupragen N 206), Pen- tamethyldiethylentriamin (Lupragen N 301 ), Trimethylaminoethylethanolamin (Lupragen N 400), Tetramethyl-1 ,6-hexandiamin (Lupragen N 500), Aminoethylmorpholin, 2,4,6-Tris-(dimethylaminomethyl)-phenol (DMP 30), Phenole und Phenolharze wie
Bisphenol-A, Bisphenol-F, Nonylphenol, p-tert-Butylphenol, Phenolharze des Novolak- Typs, Salicylsäure, p-Toluolsulfonsäure, Aminopropylmorpholin, Aminoethylethylen- harnstoff, Ketimine wie Epikure 3502 (ein Reaktionsprodukt aus Ethylenediamin mit Methylisobutylketon), Urone wie 3-(4-Chlorphenyl)-1 ,1 -dimethylharnstoff (Monuron), 3-(3,4-Dichlorphenyl)-1 ,1 -dimethyl-harnstoff (Diuron), 3-Phenyl-1 ,1 -dimethylharnstoff (Fenuron), 3-(3-Chlor-4-methylphenyl)-1 ,1 -dimethylharnstoff (Chlorotoluron), Tolyl-2,4- bis-N,N-dimethylcarbamid (Amicure UR2T), Dicyandiamid (DICY), Mannich-Basen oder sekundären Aminen wie Dialkylamine wie beispielsweise Di-(2-ethylhexyl)amin, Dibutylamin, Dipropylamin, Ditridecylamin, Ν,Ν'-Diisopropylisophorondiamin (Jefflink® XTJ-584), N,N'-Diisobutyl-4,4'-Diamino-dicyclohexylmethan (Clearlink 1000),
N-(Hydroxyethyl)anilin, Di-(2-methoxyethyl)amin sowie Di- und Polyisocyanate wie He- xamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat und dergleichen. Die Härtung der erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzung kann thermisch durch Erwärmen des Gemischs aus Epoxidharz und Härter auf eine Temperatur oberhalb der Mischtemperatur erfolgen. Da jedoch die Anwesenheit der Verbindung der Formel I üblicherweise eine signifikante Erhöhung des Reaktivitätsniveaus der damit formulierten Epoxidharzzusammensetzungen bewirkt, kann die Härtung auch bei nied- rigen Temperaturen erfolgen. Typischerweise erfolgt die Härtung der erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 200 °C, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 180 °C und insbesondere im Bereich von 10 bis 150 °C. Welche Temperatur geeignet ist, hängt von den jeweiligen Härtern und Epoxidharzen und der gewünschten Härtungsgeschwindigkeit ab und kann im Einzelfall vom Fachmann beispielsweise anhand einfacher Vorversuche ermittelt werden. Im unteren Temperaturbereich (5 bis ca. 35 °C), der ja der meist vorherrschenden Umgebungstemperatur entspricht, reicht es selbstverständlich aus, Epoxidharz und Härter zu mischen. Alternativ erfolgt die Härtung vorzugsweise mikrowelleninduziert.
Die erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen können in vielfältiger Weise eingesetzt werden. Sie eignen sich grundsätzlich für alle Anwendungen, in denen üblicherweise 1 -K oder 2-K Epoxidharzformulierungen zum Einsatz kommen. Sie eignen sich beispielsweise als Bindemittelbestandteil in Beschichtungs- oder Imprägnierungsmittel, als Klebstoffe, zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere solchen auf Basis von Kohlefasermaterialien oder Glasfasermaterialien, zur Herstellung von Formkörpern oder als Gießmassen, insbesondere als Gießmassen zur Einbettung, Anbindung oder Verfestigung von Formkörpern. Dies und die nachstehenden Ausfüh- rungen dazu gelten sowohl für die 1 K- als auch für 2 K- Systeme, bevorzugte Systeme sind bei allen genannten Verwendungen die 2 K-Systeme.
Als Beschichtungsmittel seien z. B. Lacke genannt. Insbesondere können mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen (1 K oder 2 K) kratzfeste Schutzlacke auf be- liebigen Substraten, z. B. aus Metall, Kunststoff oder Holzwerkstoffen erhalten werden.
Da die Reaktivität der erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen vergleichsweise hoch ist, kann die Härtung bei niedrigen Temperaturen, z. B. im Bereich von 0 bis 50 °C und insbesondere im Bereich von 5 bis 35 °C erfolgen. Dies macht die erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen in besonderer Weise für die Be- schichtung sehr großflächiger Substrate geeignet, die sich nicht oder nur schwierig auf Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur erwärmen lassen. Hierzu zählt insbesondere die Beschichtung von Böden, insbesondere in stark beanspruchten Berei- chen, z. B. zur Beschichtung von Laufbereichen öffentlicher Gebäude oder Plätze oder zur Beschichtung von Parkflächen und Zufahrten von Parkflächen. Hierzu zählt insbesondere auch die Beschichtung großflächiger Metallteile und Metallkonstruktionen, wie sie beispielsweise in oder an Gebäuden oder Schiffen (sog. Marine Coating). Die Zusammensetzungen eignen sich auch als Isolierbeschichtungen in elektronischen Anwendungen, z. B. als Isolierbeschichtung für Drähte und Kabel. Genannt sei auch die Verwendung zur Herstellung von Photoresisten. Sie eignen sich insbesondere auch als Reparaturlack, z. B. auch bei der Ausbesserung von Rohren ohne Demontage der Rohre (eure in place pipe (CIPP) rehabilitation). Sie eignen sich auch zur Versiegelung bzw. Beschichtung von Fußböden.
Als Klebstoffe seien 1 K oder 2 K-Strukturklebstoffe erwähnt. Strukturklebstoffe dienen zur dauerhaften Verbindung von Formteilen miteinander. Die Formteile können aus beliebigem Material sein; in Betracht kommen Materialien aus Kunststoff, Metall, Holz, Leder, Keramik etc. Es kann sich dabei auch um Schmelzklebstoffe (hot melt adhesi- ves) handeln, die erst bei höherer Temperatur fließfähig und verarbeitbar sind. Es kann sich auch um Fußbodenklebstoffe handeln. Die Zusammensetzungen eignen sich auch als Klebstoffe für die Herstellung von Leiterplatten (electronic cureuits), insbesondere auch nach der SMT Methode (surface mounted technology).
Die erfindungsgemäßen Epoxidharzzusammensetzungen eigen sich insbesondere auch zur Herstellung von Verbundwerkstoffen. In Verbundwerkstoffen (Composites) sind unterschiedliche Materialien, z. B. Kunststoffe und Verstärkungsmaterialien (Fasern, Carbonfasern) durch das ausgehärtete Epoxidharz miteinander verbunden.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eignen sich z. B. zur Herstellung von mit Epoxidharzen imprägnierten Fasern oder zur Herstellung von aus Fasern hergestellten vorimprägnierter Garne und Gewebe, z. B. zur Herstellung von Prepregs die zu Verbundwerkstoffen weiterverarbeitet werden. Als Herstellverfahren für Verbundwerk- Stoffe seien die Härtung von vorimprägnierten Fasern oder Fasergeweben (z. B.
Prepregs) nach Lagerung oder aber die Extrusion, Strangziehen (pultrusion), Wickeln (winding) und Resin Transfer Molding (RTM), Resin Infusion Technologies (Rl) genannt. Insbesondere können die Fasern bzw. die daraus hergestellten Garne und Ge- webe mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung getränkt werden und danach bei einer höheren Temperatur gehärtet werden.
Als Gießmassen zur Einbettung, Anbindung oder Verfestigung von Formkörpern wer- den die Zusammensetzungen z. B. in elektronischen Anwendungen eingesetzt. Sie eignen sich als Flip-chip underfill oder als Elektrogießharze für potting, casting und (glob-top-) encapsulation.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen, bei dem man eine erfindungsgemäße Epoxidharzzusammensetzung, gegebenenfalls zusammen mit wenigstens einem Härter, auf die zu beschichtende Oberfläche aufbringt und aushärtet.
Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren unterliegt im Hinblick auf die zu beschichtende Oberfläche keinen Beschränkungen. Beispiele für geeignete Oberflächen sind Metalloberflächen, Holzoberflächen, Glasoberflächen, Plastikoberflächen. Ein Fachmann kann durch einfache Vorversuche aber auch feststellen, ob andere Oberflächen für eine Beschichtung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Epoxidharzzusammensetzung für eine Beschichtung einer metallischen Oberfläche im Rahmen eines Coil- Coatings verwendet. Unter "Coil-Coating" versteht man das kontinuierliche Beschichten von Metallbändern mit flüssigen Beschichtungsstoffen. Dabei werden 0,2 bis 2 mm dicke und bis zu 2 m breite Metallbänder mit einer Geschwindigkeit von bis zu
200 m/min durch eine Coil-Coating-Anlage transportiert und dabei beschichtet. Hierzu können beispielsweise kaltgewalzte Bänder aus weichen Stählen oder Baustählen, elektrolytisch verzinktes Feinblech, feuerverzinktes Stahlband oder Bänder aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen eingesetzt werden. Typische Anlagen umfassen eine Aufgabestation, einen Bandspeicher, eine Reinigungs- und Vorbehandlungszone, eine erste Lackierstation nebst Einbrennofen und folgender Kühlzone, eine zweite Lackierstation mit Ofen, Kaschierstation und Kühlung sowie einen Bandspeicher und Aufwickler. Der Coil-Coating-Prozess umfasst üblicherweise die folgenden Verfahrensschritte:
1 . Falls erforderlich: Reinigung des Metallbandes von Verschmutzungen, die sich während der Lagerung des Metallbandes angelagert haben sowie von temporären Korrosionsschutzölen mit Hilfe von Reinigungsbädern. 2. Auftragen einer dünnen Vorbehandlungsschicht (< 1 μηι) im Tauch oder Spritzverfahren oder im Rollenauftrag. Diese Schicht soll die Korrosionsbeständigkeit steigern und dient der Verbesserung der Haftung nachfolgender Lackschichten an der Metall- Oberfläche. Hierzu sind Cr(VI )-haltige, Cr(lll)-haltige sowie auch chromatfreie Vorbehandlungsbäder bekannt.
3. Aufbringen einer Grundierung ("Primer") z. B. im Rollenauftragsverfahren. Die Trockenschichtdicke liegt üblicherweise bei etwa 5 - 10 μηη. Hier werden erfindungsgemä- ße, lösungsmittelbasierte Lacksysteme eingesetzt.
4. Aufbringen einer oder mehrerer Decklackschichten ("Topcoat") z. B. im Rollenauftragsverfahren. Die Trockenschichtdicke liegt hier bei etwa 10 - 50 μηη. Hier werden ebenfalls in der Regel erfindungsgemäße, lösungsmittelbasierte Lacksysteme einge- setzt, wobei auch andere, konventionelle Lackformulierungen zur Anwendung kommen können.
Beispiele: 1 ) Einsatzstoffe
Herstellungsbeispiel 1 : 4-Ethyl-4-methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on (Verbindung 1 ) Die Herstellung erfolgte in Analogie zu der aus DE 3233403 bekannten Vorschrift. Herstellungsbeispiel 2: 4,4-Dimethyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on (Verbindung 2) Die Herstellung erfolgte in Analogie zu der aus DE 3233403 bekannten Vorschrift.
Herstellungsbeispiel 3: 4-Methylen-1 ,3-dioxa-spiro[4.5]decan-2-on
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu der aus DE 3233403 bekannten Vorschrift.
Herstellungsbeispiel 4: 4-Methylen-1 ,3-dioxolan-2-on
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu der von F. Gagosz et al. Org. Lett. 2006, 8, 515- 518 beschriebenen Methode durch sukzessive Umsetzung von Propargylalkohol mit Natriumhydrid und B0C2O und anschließende Cyclisierung in Gegenwart von
Triphenylphosphin-Gold(l)-Bis(trifluormethylsulfonyl)amid (PPh3)AuNTf2.
Herstellungsbeispiel 5: 4-Methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on Die Herstellung der Titelverbindung erfolgte durch Umsetzung von 1 -Butin-3-ol mit CO2 in Gegenwart von Cul auf Polystyrol-NMe2 (8mol%, 140 bar, 40°C 24 h) in Analogie zu der in Eur. J. Org. Chem. 2008, 2309-2312. Herstellungsbeispiel 6: 4,4-Dimethyl-5-(3-methoxy-1 -ethylen)-1 ,3-dioxolan-2-on
Die Herstellung erfolgte ausgehend von 1 -Methoxy-4-methyl-2-butin-4-ol mit CO2 in Gegenwart von Silber(l)acetat (10 mol-%) und DBU (1 mol) bei 10 bar, 25°C für 5 h in Analogie zu der in Eur. J. Org. Chem. 2007, 2604-2607 angegebenen Methode. Als Epoxidharze der Komponente A wurden die folgenden Substanzen eingesetzt:
Epoxidharz 1 : Aromatisches Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A mit einem Epoxid- Äquivalent von 175 - 185 g/Äquiv. und einer Viskosität bei 25 °C von 8 - 10 PA s (Epilox A 18-00).
Epoxiharz 2: Cycloaliphatisches Epoxidharz in Form eines hydrierten Glycidylethers auf Basis von Bisphenol A mit einem Epoxid-Äquivalent von 205 - 235 g/Äquiv. und einer Viskosität bei 25 °C im Bereich von 1 ,5 - 3,0 Pa s (Epilox P 22-00). Epoxiharz 3: Aromatisches Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A mit einem Epoxid- Äquivalent von 182 - 192 g/Äquiv. und einer Viskosität bei 25 °C im Bereich von 10 - 14 Pa s (Epilox A 19-03).
Epoxiharz 4: Aromatisches Epoxidharz auf Basis von Bisphenol F mit einem Epoxid- Äquivalent von 165 - 173 g/Äquiv. und einer Viskosität bei 25 °C im Bereich von 2,5 - 4,5 Pa s (Epilox F 17-00).
Als konventionelle Verdünner wurden die folgenden Substanzen eingesetzt:
HDDGE: Hexandioldiglycidylether
BDGGE: Butandioldiglycidylether
Propylencarbonat
Als Härter wurden die folgenden Substanzen eingesetzt:
Härter H1 Isophorondiamin (IPDA)
Härter H2 Polyetheramin D230 (BASF SE)
Härter H3 Polyamidharz auf Basis einer Dimerfettsäure und Polyamin (Aminzahl 340
- 410 mg KOH/g: Versamid 140 der Fa. Cognis)
Diaminomethylcyclohexan Härter H5 unmodifiziertes, flüssiges araliphatisches Polyamin (Epilox MXDA)
Härter H6 hydrophobes Polyamin auf Basis von Polytetrahydrofuran
(polyTHF amine 350)
Härter H7 Polyaminoamid-Härter (Ancamide 2353)
2) Anwendungstechnische Prüfung
2.1 ) Bestimmung der Viskosität Die Bestimmung der Viskositäten der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wurden bei 23 °C mittels eines Kegel-Platte-Viskosimeter der Fa. Epprecht Instruments (Basel, Schweiz) durchgeführt.
2.2) Bestimmung der Gelzeit
Zur Bestimmung der Gelzeit wurden 20 bis 30 ml_ der zu untersuchenden Epoxidharzzusammensetzung in einem 100 mL-Becherglas angemischt. Anschließend wurde ein Stahldraht mit einem Durchmesser von 1 ,5 mm in die Formulierung getaucht und mechanisch mit einer Frequenz von 40 min-1 auf und ab bewegt. Zum Zeitpunkt der Aus- härtung des Harzes wird das Becherglas durch diese Bewegung mit angehoben. Die Dauer vom Zeitpunkt des Zusammenmischens bis zu dem so bestimmten Zeitpunkt der Aushärtung gilt als Gelzeit.
2.3) Bestimmung der Klebfreizeit/Durchtrocknung
Die Bestimmung der Klebfreizeit erfolgte mittels eines Besandungsgerätes, das einen oder mehrere verschließbare Trichter zur Aufnahme von Feinsand (Korngröße bis 600 μηη) und jeweils zwei am Auslauf des Trichters angebrachte, schmale Druckrollen aus Metall aufweist, wobei der Trichter horizontal in Laufrichtung der Druckrollen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden kann.
Zur Bestimmung der Klebfreizeit/Durchtrocknung wird die jeweilige Epoxidharzzusammensetzung mittels eines Rakels auf eine Glasplatte (38*7 cm) appliziert. Unmittelbar im Anschluss daran werden der mit Sand befüllte Trichter und die Druckrollen auf die mit der Epoxidharzzusammensetzung beschichtete Oberfläche der Glasplatte so aufgesetzt, dass die Druckrollen in Längsrichtung der beschichteten Glasplatte zeigen. Der Verschluss am Auslauf des Trichters wird geöffnet und der Trichter horizontal mit konstanter Geschwindigkeit (1 cm/h oder 10 cm/h) in Richtung der Druckrollen bewegt. Dabei bilden sich eine Sandspur und zwei dazu parallele Druckspuren in der Lackober- fläche aus. Die Messtemperatur liegt bei etwa 23 +/- 2 °C und die Luftfeuchte etwa 50 %. Nach einem vollständigen Durchlauf wird der überschüssige Sand mit einem Pinsel entfernt und die Länge der Druckspuren sowie die Länge der Sandspur bestimmt. Die Klebfreizeit ergibt sich durch Multiplikation der Länge der Sandspur mit der Geschwindigkeit des Trichters und die Durchtrocknungszeit durch Multiplikation der Länge der Druckspur mit der Geschwindigkeit des Trichters.
Weiterhin wurden die folgenden Untersuchungen vorgenommen:
Härte PH (Pendelhärte auf verzinktem Stahl in Anlehnung an DIN EN ISO 1522/Methode nach KÖNIG);
Flexibilität ET (Tiefungsprüfung nach DIN EN ISO 1520);
(Trocken-) Haftung (Gitterschnittprüfung mit Klebbandabriss nach DIN EN ISO 2409 GT-TR);
Lösungsmittelbeständigkeit, angelehnt an DIN 68860/68861 und DIN EN 12720.
Untersuchung 1 : Einfluss von Verdünnern auf die Gelzeit des aromatischen Epoxidharzes 1 : Das Epoxidharz 1 wurde mit den in Tabelle 1 angegebenen Mengen an Verdünner und Härter vermischt und anschließend wurde die Gelzeit, wie unter 2.2 beschrieben, bestimmt. Die in Tabelle 1 angegebenen Mengen der Komponenten sind in Gewichtsteilen angegeben. Die Gelzeiten sind in Tabelle 1 angegeben:
Figure imgf000031_0001
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Untersuchung 2: Einfluss von Verdünnern auf die Gelzeit des cycloaliphatischen Epo- xidharzes 2
Das Epoxidharz 2 wurde mit den in Tabelle 2 angegebenen Mengen an Verdünner und Härter vermischt und anschließend wurde die Gelzeit, wie unter 2.2 beschrieben, bestimmt. Die in Tabelle 2 angegebenen Mengen der Komponenten sind in Gewichtstei- len angegeben. Die Gelzeiten sind in Tabelle 2 angegeben.
Figure imgf000033_0002
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Untersuchung 3: Einfluss von Verdünnern auf die Viskosität von Epoxidharz 2
Das Epoxidharz 2 wurde in den in Tabelle 3 angegebenen Mengenverhältnissen mit Butandioldiglycidylether bzw. der Verbindung 2 vermischt. Anschließend wurde die Viskosität wie unter 2.1 beschrieben bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
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Untersuchung 4: Einfluss von Reaktivverdünnern auf die Klebfreizeit und Pendeldämp- fung
Die Epoxidharze 2 und 3 wurden in den in den Tabelle 4 und 5 angegebenen Mengenverhältnissen mit Härtern, Verdünnern und den Verbindungen 1 bzw. 2 vermischt. Anschließend erfolgte eine Bestimmung der Klebfreizeit und Untersuchungen zur Pendel- härte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 für das Epoxidharz 2 und in Tabelle 5 für die Epoxidharze 3 und 4 zusammengestellt.
Figure imgf000035_0002
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Untersuchung 5: Einfluss von Härtern auf die Klebfreizeit und Pendeldämpfung
Die Epoxidharze 1 bzw. 2 wurden in den in den Tabellen 6 und 7 angegebenen Men- genverhältnissen mit den Härter H5 bzw. Härter H6 und der Verbindung 1 vermischt. Die Epoxidharze 3 und wurden in den in den Tabellen 8 angegebenen Mengenverhältnissen mit den Härtern H5 und H7 sowie mit Mischungen von den Härtern H5 und H7 vermischt. Anschließend erfolgte eine Bestimmung der Klebfreizeit und Untersuchungen zur Pendelhärte. Die Ergebnisse sind in den Tabelle 6 bis 8 zusammengestellt.
Tabelle 6: Klebfreizeiten und Pendeldämpfung einer ausgehärteten Epoxidharzzusammensetzung auf Basis von Epoxidharz 1 :
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Untersuchung 6: Einfluss des Zugabezeitpunktes von Härtern auf die Klebfreizeit und Pendeldämpfung
Die Epoxidharze 3 und 4 wurden in den in der Tabelle 9 angegebenen Mengenverhältnissen mit Verbindung 1 vermischt. Erst nach 24 h bei Raumtemperatur wurden den Harzen ein Gemisch wie in Tabelle 9 beschrieben zugegeben. Nach 1 Woche Aushärtung bei Raumtemperatur erfolgte eine Bestimmung der Klebfreizeit und Untersuchungen zur Pendelhärte. Die Ergebnisse sind in den Tabelle 9 zusammengestellt.
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Untersuchung 7: Härtung bei niedrigen Temperaturen (10 °C)
Das Epoxidharz 3 wurde in den in der Tabelle 10 angegebenen Mengenverhältnissen mit den Härtern H1 bzw. H2 sowie der Verbindung 1 bei 10 °C vermischt und 1 min bei 2000 S"1 mit einem Hochgeschwindigkeitsmischer homogenisiert. Die Viskosität der Mischung wurde bei 10 °C alle 30 sec über einen Zeitraum von bis zu 6 h bestimmt. Die Bestimmung der Viskosität erfolgte mit einem Spannungskontrollierten Rheometer (MCR 301 , Anton Paar) mit Platte-Platte Geometrie (Durchmesser 25 mm, Spalt 1 mm) bei einer Scherrate von 100 sec-1. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 10 zusammengestellt.
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Claims

Patentansprüche:
1 . Verwendung einer Verbindung der allgemeinen Formel I
Figure imgf000040_0001
R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy- Ci-C4-alkyl, C5-C6-Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl oder C2-C6-Alkinyl stehen, oder R1 und R2 gemeinsam für eine C3-C11- Alkylengruppe stehen;
R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy- Ci-C4-alkyl, C5-C6-Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, C2-C6-Alkenyl oder C2-C6-Alkinyl stehen, oder R3 und R4 gemeinsam für eine C4-C6- Alkylengruppe stehen;
oder Gemischen davon, in Epoxidharzformulierungen.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , worin wenigstens einer der Reste R1, R2, R3 und R4 von Wasserstoff verschieden ist.
3. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin R1 ausgewählt ist unter Wasserstoff und Ci-C4-Alkyl, und R2 ausgewählt ist unter Ci-C6-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl, C5-C6-Cycloalkyl, Phenyl, Phenyl-Ci-C4-alkyl, C2-C6- Alkenyl oder C2-C6-Alkinyl stehen, oder R1 und R2 gemeinsam für eine C4-C6- Alkylengruppe stehen.
4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin R1 ausgewählt ist unter Wasserstoff und Ci-C4-Alkyl, und R2 ausgewählt ist unter Ci-C4-Alkyl, Ci-C4-Alkoxy-Ci-C4-alkyl oder R1 und R2 gemeinsam für eine C4-C6-Alkylen- gruppe stehen.
5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin R1 und R2 jeweils für Ci-C4-Alkyl, insbesondere für Methyl oder Ethyl stehen.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin wenigstens einer der Reste R3 oder R4 für Wasserstoff steht.
7. Verwendung nach Anspruch 6, worin R3 und R4 für Wasserstoff stehen.
8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Verbindungen der Formel I ausgewählt sind unter:
4,4-Diethyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on,
4,4-Dimethyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on,
4-Ethyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on,
4-Ethyl-4-methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on,
4-lsopropyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on,
4-lsopropyl-4-methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on,
4-Methylen-1 ,3-dioxa-spiro[4.5]decan-2-on,
4-Phenyl-4methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on,
4-n-Propyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on,
4-n-Propyl-4-methyl-5-methylen-1 ,3-dioxolan-2-on, und deren Gemischen
9. Epoxidharzzusammensetzung, enthaltend
a) wenigstens ein Epoxidharz als Komponente A und
b) wenigstens eine Verbindung der Formel I gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Komponente B.
10. Epoxidharzzusammensetzung nach Anspruch 9, zusätzlich enthaltend wenigstens einen konventionellen Reaktivverdünner, der ausgewählt ist unter Glycidylethern aliphatischer Polyole mit 2 bis 8 C-Atomen, Glycidylethern ungesättigter Polyole mit 2 bis 8 C-Atomen, Glycidylethern cyclaliphatischer Polyole mit 3 bis 8 C-Atomen und Glycidylethern aromatischer Polyole mit 6 bis 8 C-Atomen.
1 1 . Epoxidharzzusammensetzung nach Anspruch 9 oder 10, enthaltend wenigstens eine Verbindung der Formel I in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
12. Epoxidharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , worin die Komponente A ausgewählt ist unter Polyglycidylethern von aromatischen, aliphatischen oder cycloaliphatischen Polyolen.
13. Epoxidharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, worin die Komponente A wenigstens einen Polyglycidylether eines aromatischen Polyols umfasst.
14. Epoxidharzzusammensetzung nach Anspruch 13, worin der Polyglycidylether eines aromatischen Polyols ausgewählt ist unter den Polyglycidylethern von Bisphenol-A, von Bisphenol-F, von Novolaken und deren Gemischen.
15. Epoxidharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , worin die Komponente A wenigstens einen Polyglycidylether eines cycloaliphatischen Polyols umfasst.
16. Epoxidharzzusammensetzung nach Anspruch 15, worin der Polyglycidylether eines cycloaliphatischen Polyols ausgewählt ist unter den Kernhydrierungspro- dukten von Polyglycidylethern des Bisphenol-A, den Kernhydrierungsprodukten von Polyglycidylethern des Bisphenol-F, den Kernhydrierungsprodukten von Polyglycidylethern von Novolaken und deren Gemischen.
17. Verwendung von Epoxidharzzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 9 bis 16 als Bindemittelbestandteil in Beschichtungsmitteln.
18. Verwendung von Epoxidharzzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 9 bis 16 in Gießmassen.
19. Verwendung von Epoxidharzzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 9 bis 16 zur Herstellung von Verbundwerkstoffen.
20. Verwendung von Epoxidharzzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 9 bis 16 in Strukturklebstoffen.
21 . Verwendung einer Epoxidharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 16 zur Imprägnierung von Fasern oder aus Fasern hergestellten Garnen oder Geweben.
22. Verfahren zum Aushärten einer Epoxidharzzusammensetzung, umfassend die Umsetzung einer Epoxidharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 16 unter Zugabe wenigstens eines Härters.
23. Verfahren zum Beschichtung von Oberflächen, umfassend das Aufbringen einer Epoxidharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, gegebenenfalls zusammen mit wenigstens einem Härter, auf die zu beschichtende Oberfläche.
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