DE2122955B2 - Verfahren zur herstellung von epoxidpolyaddukten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von epoxidpolyadduktenInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Epoxidpolyaddukten durch Umsetzen
von Epoxidverbindungen, die mehr als eine Epoxygruppe pro Molekül aufweisen und die sich von Bisphenolen
ableiten, mit einer stickstoffhaltigen Verbindung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als
stickstoffhaltige Verbindung wasserfreies monomeres Cyanamid in einer Menge von 0,3 bis 0,6 MoI je Epoxidäquivalent
verwendet wird.
Monomeres Cyanamid in Form wäßriger Lösungen und Derivate des Cyanamids werden seit geraumer
Zeit in verschiedenen Bereichen der Chemie eingesetzt. Die dimere Form des Cyanamids, das Dicyandiamid,
wird auch zur Härtung von Epoxidharzen, insbesondere bei der Verarbeitung von Prepregs,
Preßmassen und Pulverlacken verwendet. Zur Aushärtung sind jedoch im Falle des Dicyandiamids selbst
bei Mitverwendung von Beschleunigern verhältnismäßig hohe Temperaturen erforderlich, und es ist immer
wieder mit nur geringem Erfolg versucht worden, die Aushärtungstemperatur zu senken.
Unter Verwendung von festem Dicyandiamid ist es außerdem nicht möglich, bei Raumtemperatur oder
erhöhten Temperaturen flüssige Epoxidharze lösungsmittelfrei
in ein festes, noch schmelzbares B-Stadium zu überführen.
Unter Verwendung von aromatischen Aminen als Härtungsmittel in Verbindung mit flüssigen Epoxidharzen
Iä3t sich zwar ein B-Stadium glatt erzielen, jedoch zeigen amin-gehärtete Epoxidharze im ausgehärteten
Zustand ein sehr schlechtes Verhalten bei Wärmealterung, d. h. eine starke Versprödung.
Unter Epoxidharzen sind solche mit mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül zu verstehen, nämlich bei
Raumtemperatur flüssige Di- und Polyglycidyläther, die sich von Bisphenolen und von Epichlorhydrin und
gegebenenfalls Melhylepichlorhydrin ableiten.
Es können auch Mischungen der angeführten Epoxidharze mit sogenannten reaktiven Verdünnern, d. h.
insbesondere Monoglycidyläthern von Alkoholen oder Phenolen oder Monoglycidylestern von Carbonsäuren,
insbesondere der aromatischen und aliphatischen Reihe, verwendet werden.
Die zu verwendende Menge an Cyanamid kann erheblich variiert werden, ohne daß die Eigenschaften
wesentlich geändert werden. Mit Verhältnissen von 0,5 Molekül je Äquivalent Epoxid werden gute Er
gebnisse erzielt; mit größeren Mengen (0,6 Molekül) nimmt die Reaktivität zu, mit geringeren Mengen (0,4
Molekül) nimmt sie ab.
Gemäß der einfachsten Ausführungsform der Erfindung wird wasserfreies, monomeres Cyanamid im
auf etwa 50° C erwärmten Epoxidharz geiöst, wonach die Lösung bei Raumtemperatur abhängig von den
im Epoxidharz enthaltenen Verunreinigungen und der ίο Stabilisierung des Cyanamids tage- bis wochenlang
unverändert bleibt. Größere Mengen können allerdings nach Ablauf dieser »Initiierungszeit« spontan
unter starker Wärmetönung durchreagieren, während bei Schichtdicken in der Größenordnung von I cm
J5 sich ein B-Stadium einstellt.
Dieses einfachste, quasi-latente System kann in der Praxis angewandt werden, um z. B. glasfaserverstärkte
Kunststoffe, z. B. Formkörper, Platten, Rohre, Verklebungen oder Beschichtungen, direkt aus flüssiao
ger Phase durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb 100° C bis 200° C zu erzeugen. Auch für Gießharzzwecke
ist dieses System geeignet, unter der Voraussetzung, daß kein übermäßig hoher Wärmestau zu
Rissen oder sogar Verkohlung führt. In der Regel läßt as sich dies am einfachsten durch Füllstoffzusatz und
Wärmeableitung beherrschen.
Es wurde ferner gefunden, daß man die Reaktion zwischen Epoxidharzen und wasserfreiem monomeren
Cyanamid durch Zusatz geringer Mengen bc-
schleunigender Substanzen so steuern kann, daß für die genannten Zwecke die Aushärtungstempcrature:i
bzw. -zeiten unter Verkürzung der Topfzeit erheblich gesenkt werden. Als Beschleuniger sind Amine, insbesondere
tertiäre Amine, oder gleichartig wirkende Verbindungen, wie sie auf dem Epuxidharzsektor in
Verbindung mit anderen Härtungsmitteln üblich sind, geeignet.
Aus der großen Zahl verwendbarer tertiärer Amine seien nachfolgend einige besonders günstige und gut
zugängliche genannt: Triäthylamin, Diäthylmethylamin,Tributylamin,
N,N'-Tetramethyläthy!endiamin. Dimethyl- und Diäthyläthanolamin, Benzyldimethylamin,
(Dimethylaminomethyl)-phenol und Tri-(dimethylaminomethyl)phenol. Es können auch tertiäre
Amine in situ aus primären oder sekundären Aminen durch Umsetzung mit Epoxidverbindungen
gebildet werden und wirksam sein.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden Mischungen aus Epoxidharzen und
wasserfreiem monomeren Cyanamid in 1. Stufe bei Temperaturen zwischen 20° C und 130'' C in festen,
aber noch schmelzbaren B-Zustand überführt, und in 2. Stufe bei Temperaturen zwischen 100" C und
200° C ausgehärtet. Um den B-Zustand gezielt in ciner angemessenen Zeitspanne zu erreichen, wird die
Mitverwendung von Beschleunigern, z. B. tertiären Aminen, bevorzugt. Der Zeitaufwand für die 1. Stufe
kann bei den tieferen Temperaturen bis zu einigen Tagen und bei höheren Temperaturen einige Minuten
betragen. Der B-Zustand kann unter anderem bei Raumtemperatur innerhalb von z. B. 24 Stunden erzeugt
werden, vorausgesetzt, daß die Bildung bereits verneizter Produkte durch übermäßigen Wärmestau
vermieden wird. Bei höherem Gehalt an z. B. Füllstoffen
oder Glasfasern, wie dies bei der Formulierung von Preßmassen oder Prepregs gegeben ist, wird in
der Regel die Reaktionswarme durch das anorganische Material hinreichend abgefangen. Bei nicht oder
schwach gefüllten Formulierungen, ζ. B. bei der Herstellung
von PuJverlacken. wird ein unzulässig hoher Wärmestau am einfachsten vermieden, indem man die
Formulierung in flachen Schalen der Anhärtung beziehungsweise Erstarrung überiäßt, d. h. die Aushärtung
in nicht zu hoher Schichtdicke erfolgen läßt.
Die nach der zuletzt genannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Materialien
im B-Zustand sind heißhärtbare Epoxidharzmassen, die entweder ohne weitere Zusätze oder mit
von vornherein miteingearbeiteten Füllstoffen, Pigmenten, Verstärkungsfasern und/oder Hilfsstoffen.
/.. B. als Klebstoffe, Beschichtungen und Preßmassen verarbeitet werden können. Es ist erfindungsgemäß
insbesondere möglich, auf normalen Walzenstühlen bei Raumtemperatur - anstatt in de* Wärme mittels
spezieller Extruder - Pulverlackformulierungen /u bereiten.
Diese Ausfiihrungsform ist ferner geeignet, sogenannte Prepregs herzustellen, indem man mit den zu- »o
nächst flüssigen Harz/Härter-Ansätzen Fasermatten bzw. -gewebe, z. B. Glasfasermalten oder -gewebe,
tränkt und diese anschließend bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur zum B-Zustand führt.
35 Beispiel 1
;i) 100 g des Diglycidyläthers des Diphenylolpro
pans' (Epoxidäquivalentgewicht U)O) wurden auf 50° C erwärmt, worauf 1 1,4 g wasserfreies
monomeres Cyanamid eingerührt und gelöst wurden. Die auf Raumtemperatur abgekühlte
Lösung war über eine Woche stabil. Mit dem Gemisch wurden gemäß DIN 532Sl überlappte
StahlverkJebungen hergestellt. Diese wurden 60 min bei 160° C gehärtet und anschließend die
Zugscherfestigkeit entsprechend DIN 53 283 bestimmt. Sie betrug 2,7 kp'mrrr.
b) Vorstehendes Beispiel wurde wiederholt, nur wurden in das abgekühlte Gemisch zusätzlich
0,5 g Benzyldimethylamin eingerührt. Bei gleicher Versuchsanordnung und Härtungszeit
konnte hierdurch die Hartuiigstemperatur auf
120' C gesenkt werden.
45
In 100 g des Epoxidharzes wie in Beispiel 1 wurden
bei 50" C 11,4 g wasserfreies monomeres Cyanamid
gelöst. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden 0,1 g Benzyldimethylamin eingerührt und das
flüssige Gemisch in flachen Schalen in einer Schichtdicke von ca. 1 cm für zwei Tage bei Raumtemperatur
gelagert. Der Ansatz war danach zu einer hart-spröden, klaren Masse (B-Zustand) erstarrt. Diese wurde
gebrochen und gemahlen. Unter Verwendung dieses Zustand-Pulvers wurden überlappte Stahlverklebungen
hergestellt, die nach 30 min Härtung bei 125° C eine Zugscherfestigkeit von 2,5 kp/mnr aufwiesen.
Man kann den B-Zustand bei der gleichen Rezeptur auch herstellen, indem man das flüssige Gemisch in
einer Schichtdicke bis zu ca. 1 mm ca. 4 min auf 120" C erhitzt und anschließend abkühlt. So kann
auch eine feste Klebstoff schicht im B-Zustand auf der
Klebfläche erzeugt und die Verklebung nach längerer Zwischenlagerung durchgeführt werden
* Diphcnylolpropan = 2,2 His-(4-hydroxyphcn\l)-propan
10Ü0 g des Epoxidharzes wie in Beispiel I wurden
auf etwa 50° C erwärmt, worauf 114 g wasserfreies, mop.Gtneres Cyanamid eingerührt und gelöst wurden.
Nach dem Abkühlen auf fast Raumtemperatur wurden 1 g Benzyldimethylamin und anschließend 2228 g
(einteilige Kreide zugefügt. Die Mischung wurde auf einem 3-Walzensiuhl homogenisiert und eine
Schichtdicke von ca. 5 bis b cm zwei Tage bei Raumtemperatur
beiseite gestellt. Die Masse war danach spröde-hart und konnte leicht gebrochen werden. Aus
der harten Masse wurden in 5 min bei 170° C 4 mm dicke Platten gepreßt, die einen Martenswert von
108" C und eine Biegefestigkeit von 998 kp.'cm2 aufwiesen.
Nach 100 Stunden bei 140° C (Wärmealterung) betrug der Martenswert 130° C und die Biegefestigkeit
882 kp/cnr. Das praktisch gleiche Ergebnis wird erhalten, wenn die Preßtemperatur 120'1 C und die
Preßzeit 60 min beträgt.
Eine Mischung von 100 g des Diglycidyläthers von Polypropylenglykol (Epoxidäquivalentgewicht 200)
und 100 g des Epoxidharzes wie in Beispiel 1 wird bei 40' C mit 22 g wasserfreiem monomeren Cyanamid
und anschließend mit 0,4 g Benzyldimethylamin vermischt. Das klare Gemisch wird in mit Trennmittel
versehene Stahlformen gegossen, die zur Herstellung von 4 mm dicken Platten dienen Die Formen werden
in einen Wärmeschrank eingesetzt und das Harzsystem 2 Stunden bei 120" C gehärtet.
Nach dem Entformen wird ein wasserheller Duroplast erhalten, der eine Biegefestigkeit von J 500 kp/
cm2, eine Schlagzähigkeit von 25 cm kp/cnr und einen Martenswert von 45° C aufweist.
In einer Mischung von 150 g des Epoxidharzes wie in Beispiel 1 und 150 g eines Novolakglycidyläthcrs
(Epoxidäquivalentgewicht 180) wurden bei 50° C 34.8 g wasserfreies, monomeres Cyanamid gelöst.
Dann wurden 0,3 g Benzyldimethylamin sowie 335 g (einteilige Kreide eingearbeitet. Die Mischung wurde
kurz entgast und in mit Trennmittel versehene Stahlformen
tür 4 mm Platten gegossen. Die Formen wurden in einen Wärmeschrank gesetzt und 2 Stunden
bei 120" C gehärtet.
Nach dem Entformen wird ein gefüllter Duroplast erhalten, der eine Biegefestigkeit von 850 kp/cm2,
eine Schlagzähigkeit von 3,0 cm kp/cm: sowie einen Martenswert von 136" C aufweist.
400 g eines Diglycidyläthers auf Basis Diphenylolpropan vom Epoxidäquivalentgewicht 260 wurden auf
50" C erwärmt, worauf 32 g wasserfreies, monomeres
Cyanamid eingerührt wurden. Der sich abkühlenden klaren Mischung wurden 0,8 g Benzyldimethylamin
und 4 g eines Verlaufsmittels auf Basis Acrylharz sowie 185 g Titandioxid-Pigment zugesetzt und das
Ganze auf einem Walzenstuhl homogenisiert. Die flüssige Masse wurde in einer Schichtdicke von 2
bis 3 cm in flachen Schalen 2 Tage beiseite gestellt. Sie war danach zum hart-spröden B-Zustand erstarrt.
Die harte Masse wurde gemahlen und durch ein
5 6
Sieb der Maschenweite 1H) μ gegeben. Das erhaltene 25 min hei 150' C gehärtel werden
Pulver wurde elektrostatisch auf Bleche gespritzt und Um einen noch flexibleren Überzug zu erhalten,
die Pulverbeschichtuug 7 min bei 18(V C gehärtet. Es kann man einen 1 eil. t. Ji. Iu his -1O', des oben vei
wurde ein gut verlaufener, glänzender, weißer Über- wendeten Diglycidyliithers. durch ilen in Beispiel A
/.ugerhalten, der eino Erichsen-Tiefung von 6 aufwies. 5 liiitverwendeten Digl>eid\l;itliei \ou l\ilypropylen-
Dic Pulverbeschichlung kunn alternati\ auch /. 13 g!\ kt>l ersetzen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Epoxidpolyaddukten durch Umsetzen von Epoxidverbindungen, die mehr als eine Epoxygruppe pro Molekül aufweisen und die sich von Bisphenolen ableiten, mit einer stickstoffhaltigen Verbindung, gegebenenfalls in Anwesenheit von Beschleunigern und Füllstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß als stickstoffhaltige Verbindung wasserfreies monomeres Cyanamid in einer Menge von 0,3 bis 0,6 Mol je Epoxidäquivalent verwendet wird.
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