DE1061066B - Waermehaertbare Formmasse auf Grundlage ungesaettigter Polyesterharzmassen - Google Patents
Waermehaertbare Formmasse auf Grundlage ungesaettigter PolyesterharzmassenInfo
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Classifications
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- C08F283/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
- C08F283/01—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to unsaturated polyesters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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Description
DEUTSCHES
Flüssige, wärmehärtbare, ungesättigte Polyesterharze enthaltende Formmassen, beispielsweise eine Mischung
eines linearen Poly-maleinsäure-phthalsäure-propylenglykolesters
mit monomerem Styrol als Vernetzungsmittel, finden auf vielen Gebieten ausgedehnte Anwendung.
Leider sind solche Harze brennbar, auch wenn sie beträchtliche Mengen nicht brennbare Stoffe als Füll- oder
Verstärkungsmittel enthalten, was ihre Verwendung für Bau- und Dekorationszwecke aus Sicherheitsgründen
beträchtlich hemmt. Es besteht daher ein starkes Bedürfnis nach verbesserten, feuerfeste Produkte ergebenden
Formmassen aus Polyesterharzen. Verschiedene Zusätze sind verwendet worden, um die Feuergefährlichkeit zu
vermindern, ohne dabei über Gebühr andere wesentliche Eigenschaften der Formmassen zu opfern, jedoch nur mit
begrenztem Erfolg. Insbesondere gilt das für lichtdurchlässige oder für undurchlässige, ungefärbte Harzmassen.
So sind bereits aus der französischen Patentschrift 1112 432 Polymerisationsprodukte bekannt, die aus
monomeren Vinylverbindungen, ungesättigten Polyesterharzen und Alkenylestern von ß-Carboxyalkylalkanphosphorsäuren
bestehen und die als feuerfest bezeichnet werden. Weiterhin ist aus den USA.-Patentschriften
2 586 884 und 2 586 885 die Herstellung von flammfesten Polymerisationsprodukten aus ungesättigten Polyestern
und Alkenylphosphonsäure- bzw. Chlorphenylphosphonsäure-diallylestern
bekannt.
Es wurde nun gefunden, daß man durch Einbringen bestimmter halogenierter, gesättigter Phosphonate eine
wärmehärtbare Formmasse aus einem ungesättigten linearen Polyester, einer daran anpolymerisierbaren
monomeren Verbindung mit einer CH2 = Cc;-Gruppierung
und einem Polymerisationskatalysator die daraus hergestellten Gegenstände flammfest machen kann, so
daß die Flamme von selbst in kürzester Zeit erlischt.
Die in der erfindungsgemäßen wärmehärtbaren Formmasse vorhandenen Phosphonsäureeister weisen die
Formel
R1O O
ρ
R0/XR
R2O R3
R2O R3
auf, in der R1 und R2 jeweils gesättigte oder ungesättigte
Kohlenwasserstoffreste und R3 einen mono- oder dihalogenierten
Methylrest bedeuten.
In der obengenannten Formel können die Reste R1
und R2 gleiche oder verschiedene Kohlenwasserstoffreste,
wie Alkyl-, Cycloalkyl-, Aralkyl- oder Arylreste, mit beliebiger Anzahl, beispielsweise mit 24 oder mehr Kohlenstoffatomen
bedeuten. So kann R1 eine Methylgruppe sein, während R2 ein Kresylrest ist, oder beide können
Cyclohexylreste sein. Als Beispiele seien genannt: als Alkylreste Methyl-, Äthyl-, Isopropyl-, tert. Butyl-,
Wärmehärtbare Formmasse auf Grundlage ungesättigter Polyesterharzmassen
Anmelder:
American Cyanamid Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr. F. Zumstein
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann,
Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann,
Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4
Beanspruchte Priorität:"
V. St. v. Amerika vom 29. Mai und 1. Juni 1956
V. St. v. Amerika vom 29. Mai und 1. Juni 1956
George Bliss Duhnkrack, Harrison, N, Y.,
und Charles Hosea Dugliss, Yorktown Heights, N. Y.
und Charles Hosea Dugliss, Yorktown Heights, N. Y.
(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
Nonyl-, Dodecyl-, Hexadecyl- oder Octadecylreste; als
Aryl- oder Aralkylreste Tolyl-, Benzyl-, Xylyl-, Phenyläthyl-,
Phenylpropyl-, Propylphenyl-, Diphenyl-, Naphthyl- und Antracylreste; als Cycloalkylreste Cyclohexyl-,
Cyclopentylmethyl-, Cyclohexyl-, Äthylcyclohexyl-, Äthylcyclopentyl-, Cyclohexyläthyl- und Cyclopentylmethylreste.
Die Reste R1 und R2 können auch Allykeste
bedeuten. Für die meisten Zwecke werden niedermolekulare Alkylreste mit ungefähr 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
vorgezogen, da sie die besten Resultate ergeben.
Ist der Rest R3 dihalogeniert, so können die Halogenatome
gleich oder verschieden sein. Die Halogenreste können Chlor, Brom, Jod oder Fluor sein. Vom wirtschaftlichen
Standpunkt aus sind Chlor und Brom vorzuziehen, "insbesondere bei ungefärbten Harzmassen, da
organische Mischungen, die Jod enthalten, oft zur Verfärbung neigen.
Die erfindungsgemäß verwendeten Phosphonsäureester sind klare Flüssigkeiten mit einem Siedepunkt über 60° C;
diese Temperatur ist praktisch als untere Siedegrenze für Bestandteile von Polyesterharzmassen anzusehen.
Als erfindungsgemäß verwendbare Phosphonsäureester seien genannt: Dimethyl-jodmethyl-phosphonat, Diäthylbrommethyl-phosphonat,
Dipropyl-chlormethyl-phosphonat, Diisopropyl-brommethyl-phosphonat, Dibutyl-chlor-
909 560/431
3 4
methyl-ph.osph.onat, Dioctyl-dichlormethyl-phosphonat, bis 3,0 °/0 oder mehr, vorzugsweise von 0,2 bis 1,0 °/0,
Düauryl-dibrommethyl-phosphonat, Dioctadecyl-chlor- berechnet auf das Gesamtgewicht an polymerisierbarer
brommethyl-phosphonatjDikresyl-fluorchlormethyl-phos- Substanz, um so bei lichtdurchlässigen oder ungefärbten
phonat, Phenylpropyl-chlormethyl-phosphonat, Cyclo- Produkten das Vergilben zu verhindern oder zu ver-
hexyläthyl-chlormethyl-phosphonat, Kresylmethyl-chlor- 5 mindern. Dieser Zusatz ist für dunkle Harzmassen nicht
methyl-phosphonat.o-Tolyl-propyl-chlor-jodmethyl-phos- notwendig, da er in keiner Weise zur Flammfestigkeit
phonat, Cyclohexyläthyl-äthyl-jodmethyl-phosphonat, des Produktes beiträgt. Es können Lichtstabilisatoren,
Dibenzyl-brommethyl-phosphonat, Äthylcyclopentyl-iso- die mit ungesättigten Polyesterharzen verträglich sind,
propyl-chlormethyl-phosphonat, Phenylpropyl-cyclo- verwendet werden; besonders günstig sind die Hydroxyl-
hexyl-dichlormethyl-phosphonat, Diallyl-chlormethyl- io gruppen aufweisenden, gegebenenfalls noch weiter sub-
phosphonat, Diallyl - bromäthyl - phosphonat, Diallyl- stituierten Benzophenone, da sie beim Absorbieren von
fluormethyl-phosphonat, DiaHyl-jodmethyl-phosphonat, Ultraviolettlicht keinen Farbwechsel eingehen.
Diallyl - dichlormethyl - phosphonat, Diallyl - jodfluor- Die üblichen Zusätze, wie sie bisher für Polyesterharze
methyl-phosphonat und DiaUyl-chlornuorrnethyl-phos- verwendet wurden, können in den neuen Formmassen
phonat. 15 verwendet werden. Viele dieser Zusätze sind in den oben-
Die den erfindungsgemäß verwendeten Phosphonsäure- erwähnten USA.-Patentschriften 2 443 735 bis 2 443 741
estern entsprechenden Schwefelverbindungen, beispiels- beschrieben worden. Derartige Zusätze sind z. B.:
weise Dimethylchlormethyl-thiophosphonat, dürften in Härtungskatalysatoren, Beschleuniger zur gemeinsamen
ungesättigten Polyesterharzmassen ähnliche, jedoch nicht Verwendung mit Härtungskatalysatoren bei Zimmerbessere Flaminfestigkeitseigenschaften bewirken. Nach- 20 oder tieferen Temperaturen, Gleitmittel, flammhemmende
teilig würde sich bei diesen Verbindungen und deren Mittel, Füllstoffe und Verstärker, wie gepulverter Asbest
Herstellung jedoch der unangenehme Geruch von und Glasfasern, Inhibitoren, wie Hydrochinon, um die
Schwefelverbindungen bemerkbar machen. Harzmischungen gegen vorzeitiges Gelieren zu stabili-
Die erfindungsgemäß verwendeten ungesättigten line- sieren, Farbstoffe und Pigmente oder Weichmacher,
aren Polyester sind aus einem oder mehreren mehrwertigen 25 Die Härtung der neuen flüssigen wärmehärtbaren
Alkoholen mit einer oder mehreren a-/3-ungesättigten Formmassen kann mit oder ohne Druck in offenen oder
mehrbasischen Carbonsäuren allein oder in Verbindung geschlossenen Formen bei Temperaturen bis 150° C oder
mit einer oder mehreren gesättigten mehrbasischen bei noch höheren Temperaturen vorgenommen werden,
Carbonsäuren hergestellt. solange diese Temperaturen nur unterhalb des Punktes
Zu den geeigneten mehrwertigen Alkoholen zählen z. B. 30 liegen, an dem der Harzabbau beginnt. Wo möglich ist
Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Propylenglykol oder es im allgemeinen günstig, die Polymerisationsprodukte
Dipropylenglykol. durch Erhitzen der katalysierten Formmasse ungefähr
Die Ausdrücke »mehrbasische Carbonsäure« und 10 bis 90 Minuten lang auf 90 bis ungefähr 120° C her-
»Dicarbonsäure« werden hier in ihrer weiteren Bedeutung zustellen. Die hier beschriebenen Phosphonate sind
verwendet und umfassen auch ähnlich reagierende 35 gesättigte Verbindungen und polymerisieren nicht während
Anhydride, wie beispielsweise Maleinsäure- und Phthal- der Härtung, da sie frei von nichtaromatischen un-
säureanhydride. gesättigten Gruppen sind.
In den ungesättigten, linearen Polyesterharzen kann Die neuen Formmassen enthalten ungefähr 1 bis 40,
auch Phosphor chemisch gebunden werden. Hierzu läßt vorzugsweise 5 bis 20 Gewichtsteile Phosphonat pro
man den mehrwertigen Alkohol und die mehrbasische 40 100 Teile gesamtpolymerisierbare Substanz, das ist das
Carbonsäure mit einem oder mehreren Alkylphosphaten Gesamtgewicht aus Polyester und anpolymerisierbaren
in einer Menge reagieren, daß das entstehende Alkydharz Monomeren.
ungefähr 0,1 bis 5%, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 °/0, ge- Das Verhältnis von ungesättigtem, linearem Polyester
bundenen Phosphor enthält. Monoalkyl-, Dialkyl- oder zu anpolymerisierbaren Monomeren einschließlich eines
Trialkylphosphate sind geeignet, deren Alkylgruppen 45 Diallylphosphonats in der Formmasse kann von ungefähr
jeweils 1 bis 4 Kohlenstoff atome enthalten können. Als 90:10 bis 50: 50 Gewichtsteilen schwanken, wobei die
besonders geeignete Komponenten seienTriäthylphosphat, genannten Verhältniszahlen zumindest ungefähr 3 Teile
Diäthylphosphat und Monopropylphosphat erwähnt. an Phosphonat enthalten. Vorzugsweise beträgt das
Die bekannten, wärmehärtbaren, ungesättigten Poly- Verhältnis zum Monomeren ungefähr 80:20 bis 60 : 40
esterharze sowie ihre Herstellung werden z. B. in den 50 Gewichtsteile einschließlich eines Gehalts von ungefähr
USA.-Patentschriften 2 255 313 und 2 443 735 bis 2 443 741 5 bis 30 Teilen eines oder mehrerer der bezeichneten
beschrieben. Phosphonate.
Im Gegensatz zu den ungesättigten Alkydharzen ent- Die erfindungsgemäßen wärmehärtbaren Formmassen
halten die erfindungsgemäßen Massen zusätzlich ein weisen gegenüber bekannten ähnlichen Massen wesentliche
monomeres Vernetzungsmittel, wie Styrol oder Diallyl- 55 Vorteile auf. Gegenüber den in der französischen Patentphthalat.
Der Gehalt an ungesättigtem Polyester in den schrift 1112 432 beschriebenen Polymerisationsprodukten,
neuen, flammhemmenden Formmassen kann von un- deren Phosphorverbindungen kein Chlor enthalten,
gefahr 10 bis 90% des Gesamtgewichtes an polymerisier- besitzen sie größere Flammfestigkeit. Während ein
barem Material schwanken und hängt von den speziell gehärtetes Harz mit 15% Phosphonsäureester gemäß
erwünschten Eigenschaften des Endprodukts ab. Vor- 60 dieser französischen Patentschrift erst 15 Sekunden nach
zugsweise werden ungefähr 60 bis 80 Gewichtsteile un- Entfernung der Flamme von selbst erlischt, erlischt ein
gesättigtes Alkydharz in 40 bis 20 Teilen des polymerisier- gehärtetes Produkt aus der erfindungsgemäßeri Formbaren
Monomeren gelöst. masse mit dem gleichen prozentualen Anteil an Phosphon-
Der dritte Bestandteil der neuen Formmasse ist ein säureester schon 2 Sekunden nach Entfernen der Flamme,
vernetzendes Material, bestehend aus einem oder mehreren 65 Die in der USA.-Patentschrift 2 586 885 beschriebenen
Monomeren mit einer CH2 = C<-Gruppierung und Chlorphenylphosphonsäure-diallylester und -dimethallyl-
einem Siedepunkt oberhalb ungefähr 60° C. ester können nur nach schwierigen Verfahren in äußerst
Gegebenenfalls kann den erfindungsgemäßen Form- geringen Mengen hergestellt werden, während die er-
massen ein Ultraviolettlichtabsorptionsmittel zugefügt findungsgemäß verwendeten Phosphonsäureester gut
werden, und zwar in einer Menge von ungefähr 0,05 70 zugänglich sind und in technischem Maßstab produziert
5 6
werden können. Die erfindungsgemäß verwendeten ASTM-Test D 620-49, unterworfen mit der Abänderung,
Phosphonsäureester sind außerdem stabiler und benötigen daß eine andere, aber konstante Intensität der Strahlung
nur außerordentlich kurze Härtungszeiten. Auch das angewendet wird. Bewitterungsversuche werden in einem
lästige Entweichen von Gasen während der Polymeri- Standardbewitterungsapparat durchgeführt, wobei eine
sation tritt bei den erfindungsgemäßen wärmehärtbaren 5 willkürliche, aber konstante Intensität an Lichtstrahlung
Formmassen nicht auf. verwendet wird. Die Proben widerstehen 650 Stunden der
Die aus den erfindungsgemäßen Formmassen erhaltenen Einwirkung der S-I-Sonnenlampe und überdauern
gehärteten Produkte zeigen neben Flammfestigkeit und 1700 Stunden in der Bewitterungsapparatur, bevor ein
Klarheit große Stabilität gegen Verfärbung durch Wetter- Abfall von 10 % in der Lichtreflexion der Wellenlänge von
einflüsse und UV-Licht sofern ein UV-Lichtabsorptions- io 430 μμ auftritt. Diese Zahlen zeigen die außerordentliche
mittel zugesetzt wurde. Bei bisher bekannten chlor- Stabilität der aus den erfindungsgemäßen Formmassen
haltigen Polyesterharzen erwiesen sich UV-Absorber stets erhaltenen Produkte gegen Vergilben. Sie sind deutlich
als praktisch unwirksam zur Stabilisierung der Harz- besser als die mit halogenfreien Harzmassen (vgl. unten)
produkte, da sie anscheinend von den chlorhaltigen erhaltenen Werte. Dieses Ergebnis ist völlig unerwartet
Verbindungen angegriffen werden. 15 im Hinblick auf die früheren Fehlschläge, halogenhaltige
Da bei der Härtung wasserklare, durchsichtige Produkte Polyestermassen gegen Vergilben durch die Anwendung
erhalten werden, können diese selbstverständlich gefärbt von ultraviolettlichtabsorbierende Mittel zu stabilisieren,
oder mit Pigmenten in einer unbegrenzten Vielfältigkeit Das Beispiel 1 wird genau wiederholt, mit dem Unter-
von Schattierungen und Färbungen versehen werden. schied, daß das Dipropyl-chlormethyl-phosphonat aus der
Wegen ihrer guten physikalischen Eigenschaften besitzen 20 flüssigen Harzmasse fortgelassen wird. Die Glutfestigkeit
die neuen Harzmassen Anwendungsmöglichkeiten auf einer Gießprobe beträgt 17,9 mm pro Miaute; die mit
vielen Gebieten, z. B. als Überzugs- und filmbildende diesem typischen Handelsharz hergestellte Schicht brennt
Stoffe, Klebstoffe, Bindemittel, Imprägniermittel, Preß- nach Entfernung der Bunsenflamme weiter, bis sie
massen, Schicht- oder Gießharze oder zur Herstellung vollkommen verbrannt ist. Ein 10°/0iger Abfall an der
verstärkter Kunstharzgegenstände, wie geriffelter und 25 oben definierten Reflexion wird nach 500stündigem
glatter Bauplatten. Aussetzen einer S-I-Sonnenlampe und nach 800stündigem
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die Verweilen in einer Bewitterungsapparatur beobachtet,
folgenden Beispiele angeführt. Alle Zahlenangaben beziehen sich auf Gewichtseinheiten, soweit nicht anderes
angeführt ist. 30
Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch werden statt
Beispiel 1 10 Teilen 15 Teile Phosphonatverbindung verwendet. _. TT . ...,,-..., r , . Bei Durchführung des Flammauslöschversuches erlischt
Em Harzsirup wird durch Mischung folgender Korn- ^ FlaiOme auf dem Schichtstoffstreifen 2 Sekunden
ponenten als homogene Masse unter kraftigem Rühren 35 nach Entfemung der Bunsenflamme. Gießproben widerhergestellt:
stehen 740 Stunden der Sonnenlampeneinstrahlung und _ , , , . , , ._ n 1500 Stunden Bewitterung im Bewitterungsapparat,
ungesättigtes Polyesterharz (aus 6,6 Mol beyor der obenerwälmte Abfall in der ReflexiOn auftritt.
Propylenglykol, 3,0 Mol Phthalsäureanhydrid und 3,0 Mol Maleinsäureanhydrid) 71 R ■ · , ο
Monomeres Styrol 29 4° Beispiel ά
Di-propyl-chlormethyl-phosphonat 10 Aus einem flüssigen Harz mit folgenden Bestandteilen
2-Oxy-4-methoxy-benzophenon 0,25 „
TT j , . J r „ nr.o Gewicntsteile
Hydrochinon ü,00ö TT , . „ , , , _, . . , . „.
Ungesättigtes Polyesterharz des Beispiels 1 71
45 Styrol 29
Gießlinge von 3,175 mm Dicke werden hergestellt Dioctyl-chlormethyl-phosphonat 16,5
durch Zumischen von 0,5 °/0 Benzoylperoxyd als Ka- 2-Oxy-4-methoxybenzophenon 0,25
talysator zum Sirup, Erhitzen des katalysierten Sirups Hydrochinon 0,008
in Glasformen bei einer Temperatur ansteigend von
52 bis 93° C während 10 Stunden und weiterer Erhitzung 50 werden wie im Beispiel 1 durch Katalysieren und Härtung
3 Stunden lang bei 121° C. Die Glutfestigkeit der wasser- klare und farblose Gießlinge hergestellt. Bei Prüfung der
klaren Gießharzproben wird bei Anwendung des ASTM- Glutfestigkeit wird ein Wert von 11,11 mm pro Minute
Standard-Tests Nr. D 757-49 zu 8,73 mm pro Minute erhalten.
gefunden.
Ein 2,38 mm dicker Schichtstoff aus zwei Schichten 55 Beispiel 4
mit ausgezeichneten Eigenschaften wird hergestellt durch _.,.„. . , , _ , .,
Sättigung einer 56,7-g-Glasmatte mit dem gleichen flüs- Es ™£ em Harzsirup aus folgenden Bestandteilen
sigen Harz, Katalysierung mit 1 % Benzoylperoxyd und hergestellt: ■ h++ Ί
Härtung des Schichtstoffes bei 105° C und 2,1 Atmo- TT ^. ^ _. . A , , , , . _ . ^ewiciltsteile
Sphären Druck. Die Barcolhärte dieses Schichtstoffs wird 60 Ungesättigtes Polyesterharz (aus 6,6 Mol
zu 45 gefunden. Um die Selbstauslöscheigenschaften des ^1?11^1^ 5'°. ^f. M^msäurean-
Schichtetoffs zu zeigen, wird ein Test durchgeführt, wobei Hydrid und 10 Mol^ Adipinsäure) ...... 80
die Bodenlänge einis 2,54 · 22,86 cm großen Streifens des S™0™ ίΐ^ P S^V " i" Ί
2
Glasfüllmaterials einer Bunsenbrennerflamme von 12,7 cm Methyl-athyl-brommethyl-phosphonat .... 5
Länge und mit einem inneren Konus von 3,81 cm Länge 65 2-Oxy-4-methoxybenzophenon 0,25
in einem Winkel von 45° ausgesetzt wird. Nach 30 Se- Hydrochinon V1UZ
künden wird die Bunsenflamme entfernt, die Flamme auf
dem Teststreifen erlischt von selbst in 10 Sekunden. Gießlinge und Schichten werden wie oben hergestellt;
Proben der obengenannten Gießlinge werden einer man findet, daß sie eine ausreichend niedrige Glutfestigkeit
intensiven Ultraviolettstrahlung, entsprechend dem 70 haben und außerdem selbstauslöschend sind.
Claims (1)
1. Wärmehärtbare Formmasse aus einem unge- Französische Patentschrift Nr. 1112 432;
sättigten linearen Polyester, einer daran anpoly- USA.-Patentschriften Nr. 2 586 884, 2 586 885;
merisierbaren monomeren Verbindung mit einer Morgan, »Glass Reinforced Plastics«, London 1954,
CH2 = CC-Gruppe, einem Phosphonsäureester und S. 47/48.
© 909 560/431 6. 59
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