DE102006003762A1 - Leinölepoxid-basierte Faserverbundwerkstoffe - Google Patents

Abstract

Leinölbasierte Faserverbundwerkstoffe stellt man durch kationische Polymerisation von Leinölepoxid mit Polycarbonsäuren oder/und ihren Anhydriden her. Als Fasermaterialien werden Glas-, Hanf- und Polyesterfasern benutzt. DOLLAR A Zusätzlich werden Füllstoffe, wie Calciumphosphate, Glasschaum, Ziegel- oder Roggenmehl, zur flammhemmenden, verstärkenden oder zur farbgebenden Wirkung benutzt.

Description

• Naturfaserverstärkte Kunststoffe mit nativer Matrix sind an sich bekannt (EP-A 687 711 A2 und DE 44 20 871 ). Ein wesentlicher Aspekt für die Herstellung total nativer Polymere ist u. a. ihre biologische Abbaubarkeit. Eine Übersicht nativer Fasern, ihre Verarbeitung in Form von Geweben, Matten, Co-Mingled-Garnen und nativen Polymeren gibt Herrmann ( EP 07187 ) an. Bekannt sind ebenfalls Naturfaserverbunde mit Polyester/Polyurethan oder Polyamidmatrices (DE-A 41 19 295).
• Ebenfalls bekannt sind Naturfaserverbunde mit synthetischen Epoxiden auf Bisphenol A-Basis (R. Mühlhaupt u. a. Angewande Makromolekulare Chemie 249 (1997, S. 79).
• Mit nativen Epoxiden hergestellte Naturfaserverbunden beschreibt Skwiercz ( DE 199 30 770 A1 ). Dieses Verfahren basiert darauf, dass Sojaölepoxid mit Acrylsäure zu Hydroxyester umgewandelt wird und die olefinischen Doppelbindungen zu einem radikalischen Polymerisat heiß zwischen 130-200 °C ausgehärtet werden. Eigentlich findet also keine Polymerisation des nativen Epoxides, sondern eine klassische UP-Harz-Bildung statt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Faserverbundwerkstoffe allein durch kationische Polymerisation nativer Epoxide, z. B. des Leinölepoxides, und ohne die Zwischenstufe einer Ringöffnungssynthese zu einer biologisch abbaubaren Polymermatrix zu erstellen. Vorteil dieses Verfahrens ist es auch, dass synthetische Comonomere auf Olefinbasis zur Zwischenproduktherstellung nicht benötigt werden. Dadurch wird nicht nur eine Synthesestufe eingespart, sondern es entfällt auch die Verwendung der nicht nativen Acrylmonomeren und damit verbunden treten bei der Verarbeitung keine Geruchsprobleme auf.
• Erfindungsgemäß wird die Polymermatrix aus einem Leinölepoxid der an sich bekannten Standardtype EP-10/1 der Fa. Dracosa AG und dem Härtersystem G 37 bestehend aus Dicarbonsäureanhydriden hergestellt. Zusätzlich kann man in dieser Mischung Calciumphosphate oder Ziegel- oder Roggenmehl oder Glasschaum als Füllstoffe zusetzen, um flammhemmende, festigkeitserhöhende oder pigmentierende Effekte zu erreichen.
• Die Aushärtung der Matrix erfolgt dominant bei Zimmertemperatur. Für plattenförmige Halbzeuge werden die Laminate einen Pressdruck von ca. 1,43 N/mm² ausgesetzt. Durch Wärmenachbehandlung in der Vernetzungsphase bei Temperaturen von 65 bis 140 °C kann der Abbindprozess wesentlich beschleunigt werden (1).
• Die erreichten mechanischen Festigkeitswerte sind in Tab. 1 dargestellt. Tabelle 1: Festigkeitswerte von Leinölepoxidlaminaten mit einer Fasermischung von 30 Hanf, 30 % Flachs und 40 % Sisal

  
• l = Längsrichtung
• qu = Querrichtung
• A Herstellung des Epoxidharzes I 3 g Leinölepoxid der Type EP-10/1 werden mit 0,05 g H₂O und 1,5 g Calciumhydrogenphosphat vermischt. Dazu gibt man einen Härter bestehend aus 0,2 g MS, 0,8 g MTHPA und 0,75 g PMSDA und rührt das System ca. 5'. Wahlweise können zu dieser Basisrezeptur auch anstelle von Calciumhydrogenphosphaten auch Roggenmehl oder Ziegelmehl zugesetzt werden.
• B Herstellung des Epoxidharzes II 3 g Leinölepoxid der Type EP-10/1 (wasserfrei) werden mit 0,4 g MSA und 0,8 g MTHPA vermischt. Dieser Mischung gibt man 0,06 g H₃PO₄ als Starter zu sowie 1,5 g Calciumhydrogenphosphat als Flammhemmer zu.
• C Laminierung von Hanffasermatten Vliese aus Hanf 30 %, Flachs 30 % und Sisal 40 % werden mit Epoxidharz I gemäß Vorschrift A laminiert. Das Epoxidharz/Faserverhältnis beträgt ca. 1 : 1.
• Nach dem Laminieren werden die Polymerplatten mit einem Druck von 1,4 N/mm² beaufschlagt, danach bei 65 °C ausgehärtet.
• D Laminierung und Beschichtung von Hanffaserhaufwerken Ein Laminat nach Vorschrift C gefertigt, kann mit einer brandhemmenden Deckschicht bestehend aus Ziegelmehl oder Calciumhydrogenphosphat bestrichen werden. Die Schichten sind chemisch im Bereich 2 ≤ pH ≤ 10 stabil.
• E Laminierung von 3-D Polyestergewebe In 3-D Polyestergewebe bringt man in die Kettfädenebene zwischen Ober- und Untergewebe ein Gemenge aus Epoxidharz gemäß Herstellungsvorschrift A, jedoch als Füllstoff Glasschaum, und man bekommt einen ultraleichten (Dichte 0,33 g/cm³) faserverstärkten Polymerbeton mit sehr hoher Wärmeisolierung.
• Abbildung 1 Temperaturzeitkurve und ihre Ableitung für Rezeptur B (Epoxidharz II)

  

Claims (1)

1. Leinölepoxid basierte Faserverbundwerkstoffe dadurch gekennzeichnet, dass 1. Leinölepoxid mit einem EO-Grad von EO ≥ 10 mit einer Polycarbonsäure und oder deren Anhydrid im Verhältnis 1 : 0,2 bis 1 : 0,4 nach Vorschrift A gemischt werden und die Polymermatrix bilden; 2. auch andere Fettsäureepoxide mit hohen Epoxidgraden mit Carbonsäureanhydriden in ähnlichen Mischungsverhältnissen native Epoxidharze bilden können; 3. in Epoxidharzformierungen gemäß Anspruch 1 oder 2 Fasermaterialien als Haufwerke, Kurzfasern, Matten, Vliese oder 3-dimensionales Gewebe eingebracht werden und unter leichtem Druck von 1,43 N/mm² plattenförmige Halbzeuge hergestellt werden, wobei der Faseranteil zwischen 30 bis 40 % liegt; 4. Laminate nach Anspruch 3 mit gefüllten Epoxiden überschichtet werden können, wobei als Füllmaterial u. a. Calciumphosphate, Roggenmehl oder/und Ziegelmehl bevorzugt einsetzbar sind; 5. unter Verwendung von 3-dimensionalen Glasfaser- oder Polyestergewebe als Füllstoff Glasschaum zur Wärmeisolierung und Brandhemmung benutzt wird.