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DE2363012A1 - Verfahren zum herstellen eines kunststoffgegenstandes durch chemische reaktion - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines kunststoffgegenstandes durch chemische reaktion

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DE2363012A1
DE2363012A1 DE2363012A DE2363012A DE2363012A1 DE 2363012 A1 DE2363012 A1 DE 2363012A1 DE 2363012 A DE2363012 A DE 2363012A DE 2363012 A DE2363012 A DE 2363012A DE 2363012 A1 DE2363012 A1 DE 2363012A1
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Peter Dipl Ing Dr Ing Eyerer
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Description

Dr. Peter Eyerer
Metzingen-Neuhausen
Bahnhofstraße 1A
Beschreibung der Erfindung
Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstandes durch chemische Reaktion
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstandes durch chemische Reaktion, gegebenenfalls unter Energiezufuhr, bei welchem einem Ausgangsstoff ein Wirkstoff und ein Zuschlagstoff beigemischt werden, von denen mindestens einer ein anderes spezifisches Gewicht besitzt als der Ausgangsstoff und sich, zumindest bei einer Verringerung der Viskosität der Mischung während der chemischen Reaktion, von diesem zu trennen trachtet.
Derartige Verfahren sind ganz allgemein bekannt. Sie finden überall dort Anwendung, wo ein Ausgangsstoff in leicht zu handhabender Form vorliegt und durch eine chemische Reaktion in eine stabile und dauerhafte Form gebracht werden soll. Sie treten vor allem bei der Vernetzung von Duromeren auf, also beim Aushärten von Gießharzen, Klebstoffen und Lacken.
All diesen Verfahren ist gemeinsam, daß in einen monomeren oder niedermolekularen Ausgangsstoff, beispielsweise in ein Epoxidharz oder in einen Polyester, ein Wirkstoff in Form eines Stabilisators, Inhibitors, Katalysators, Härters usw. und gleichzeitig oder nacheinander ein Zuschlagstoff, z.B. ein Füllstoff oder ein Lösungsmittel, eingebracht wird.
Ersichtlich ist eine homogene Verteilung dieser Zusätze im Ausgangsstoff entscheidend für gleichmäßige Eigenschaften (Festigkeit, Lebensdauer, Aussehen usw.) im späteren Endprodukt. Wegen der unterschiedlichen spezifischen Gewichte der vermischten Stoffe treten jedoch zeitabhängige Entmischungsvorgänge auf, welche die Homogenität der Mischung erheblich beeinträchtigen können.
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In dem Aufsatz "Reaktionsverlauf während der Härtung eines Epoxidharzes mit Dizyandiamid" in der Zeitschrift J. Appl. Polymer Sei.15 (1971) 12, S. 3067 - 3088, hat der Erfinder nun bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art mit einem Epoxidharz als Ausgangsstoff (Binder), Dizyandiamid als Wirkstoff (Härter) und Quarzmehl als Zuschlagstoff (Füller) beschrieben, bei welchem durch die Zugabe des Quarzmehles ein Absinken des Härters im Binder weitgehend verhindert wird. Das Quarzmehl ist jedoch nur dann in dieser Weise wirksam, wenn es in verhältnismäßig großen Mengen zugegeben wird und dadurch die Viskosität der Mischung auf einem relativ hob Wert hält. Dieser hohe Füllungsgrad beeinflußt jedoch die Eigenschaften des Endproduktes schon ganz beträchtlich. Überdies ist auch dieses Verfahren nur bei Schichtdicken bis zu wenigen Millimetern anwendbar, weil sonst auch hier bei entsprechender Erwärmung der Mischung eine Sedimentierung auftritt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Entmischung des Ausgangsstoffes und seiner Zusatzstoffe auch bei geringeren Füllungsgraden sowie bei stärkeren thermischen Viskositätsverringerungen mit Sicherheit vermieden wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Zuschlagstoff als Träger für den Wirkstoff dient und im Verbund mit diesem dem Ausgangsstoff beigemischt wird und daß der Auftrieb dieses Verbundes in dem Ausgangsstoff ungefähr gleich seinem Gewicht gewählt wird.
Hierdurch wird erreicht, daß sowohl der Wirkstoff als auch der Zuschlagstoff unabhängig von physikalischen Veränderungen der Mischung stets dort schweben bleiben, wo sie in den Ausgangsstoff eingemischt worden sind, so daß grundsätzlich beliebig große Schichtdicken erzielt werden können. Diese Maßnahmen haben den weiteren Vorteil, daß nur noch eine Beimischung von Zusatzstoffen vorgenommen werden muß, während bisher Wirkstoff (Härter) und Zuschlagstoff (Füller) getrennt untergemischt werden mußten.
Überraschenderweise ergibt sich durch die erfinderischen Maßnahmen noch der weitere Vorteil, daß sich das Verhältnis von Oberfläche au
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Teilchengröße bei dem Wirkstoff beträchtlich günstiger ergibt. Die Vernetzung des Duromers wird intensiver und die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich, wodurch sich kürzere und damit wirtschaftlichere Reaktionszeiten bei erheblich besserer Eigenschaftsverteilung ergeben.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung werden feste Teilchen des Zuschlagstoffes mit dem Wirkstoff umhüllt. Dies kann dadurch geschehen, daß die festen Teilchen des Zuschlagstoffes oberhalb der Schmelztemperatur des Wirkstoffes mit diesem umhüllt und sodann unter die Erstarrungstemperatur des Wirkstoffes abgekühlt werden oder dadurch, daß die festen Teilchen des Zuschlagstoffes durch Adsorption von flüssigem Wirkstoff an ihren Oberflächen mit dem Wirkstoff umhüllt werden. Im letzteren Falle ist es günstig, wenn als Zuschlagstoff ein poröses Material gewählt wird.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird flüssiger Zuschlagstoff derart innig mit dem Wirkstoff versetzt, daß sich eine stabile Suspension oder Emulsion bildet. Dies kann ersichtlich bei dem Zuschlagstoff intensiver und langer durchgeführt werden als bei dem Ausgangsstoff.
Im folgenden wird, die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert, denen weitere Merkmale, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung zu entnehmen sind.
Beispiel It
Epoxidharze werden u.a. mit Dizyandiamid als Härter vermischt und ausgehärtet. Dizyandiamid ist ein fester Stoff, der kristallisiert j sein spez. Gewicht beträgt l,4l p/cnrj bei etwa 207 bis 212 °C schmilzt es. Epoxidharze, die mit Dizyandiamid reagieren, ergeben Stoffe mit sehr guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Wegen des deutlich höheren spez. Gewichtes von Dizyandiamid gegenüber dem Epoxidharz-Bindemittel ()f = Iil5 p/cm-3) sinkt das Dizyandiamid vor bzw. während der Vernetzungsreaktion (etwa zwischen 130°C und 200 °C) ab, so daß sich meßbare Eigenschaftsänderungen über der Polymerdicke ergeben. Aus
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diesem Grunde ist die Anwendung von Dizyandiamid auf dünne Schichten (Klebe- und Lacktechnik) beschränkt.
Für Dizyandiamid muß man ein Trägermaterial mit einem spez. Gewicht kleiner als 1,1 p/cm3 wählen, z.B. Bimsmehl (etwa 1,0 p/cm3). Die einzelnen Bimssteinteilchen können durch ein entsprechendes Verfahren z.B. oberhalb 210 C (hier ist Dizyandiamid flüssig) von Dizyandiamid eingehüllt werden. Nach der Abkühlung liegt der gewünschte Verbundwerkstoff - Bimssteinteilchen umhüllt mit Dizyandiamid - vor. Die Parameter Bimssteinteilchen, notwendige spezifische Dizyandiamid-Oberfläche, notwendige Dizyandiamid - Menge können von Fall zu Fall rechnerisch ermittelt werden.
z.B. die folgende Rechnung soll einen Überblick über die Verhältnisse geben und an einem Beispiel eine Vorstellung der Größenordnung geben.
A... Auftrieb
1) Gn. + Gn. = A™ G... Gewicht
Dizy Bims EP y_ Volumen
2) G= f V 3) V s -jTr3 ^V .. spez. Gewicht
Dizy VDizy + ^Bims VBims = q"eP VEP Dizy "" ges " Bims
JDizy |_
(r +d )3 - r
VIBims Dizy'
+d )3 - r3 Ι+ΐλ r
Bims Dizy' Bims J Bims rBims
+ΐλ J B
= Ϋ fr + d flEP v Bims Dizy
aus Gleichung 5) läßt sich rR. errechnen, wenn
man d_.. . . Dizy annimmt.
6) auf 100 g Epoxidharz sollen z.B. 10 g Dizyandiamid kommen (ergibt optimale Härtung)
GDizy = ÖDizy VDizy ' n
n. ... Zahl der Bims-Dizyandiamid-Teilchen für 100 g Epoxidharz.
10 . 3
dDiZy
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z.B. wählt man cL},jzv = 0,001 nun, so ergibt sich näherungsweise
rBims a °'005
l00 g EP = 10
Bei einer Dizyandiaraidschicht von 0,001 mm müßte der Durchmesser der Bimssteinteilchen 0,010 mm sein, damit die Verbundteilchen in Epoxidharz schweben. Um die zur chemischen Reaktion notwendigen optimalen Dizyandiamidmengen von 10 Gew % auf den Bimssteinteilchen unterzubringen, müssen in 100 g Epoxidharz etwa 10 Bimssteinteilchen mit, dem Durchmesser von 0,010 mm und einer Dizyandiamidschicht von 0,001 mm Dicke eingemischt werden.
Dieses spezielle Beispiel für Epoxidharz und Dizyandiamid gilt sinngemäß auch für andere Fälle.Für das im Beispiel 2 beschriebene leichtere Dimethylaminopropylamin (DMAPA) muß entsprechend ein Trägermaterial gewählt werden, das schwerer ist, als das Epoxidharz-Bindemittel. Die Umhüllung mit flüssigem Härter wird hier zweckmäßig durch Adsorption der Flüssigkeit an der Trägermaterialoberfläche erfolgen. Ein poröses Trägermaterial (große spez. Oberfläche) wird hier sehr nützlich sein. Die obigen theoretischen Überlegungen gelten für diesen Fall ebenso.
Beispiel 2:
Epoxidharze werden u.a. mit DMAPA als Härter vermischt und ausgehärtet. DMAPA ist eine Flüssigkeit mit einem spez. Gewicht von O,8l8 p/cm'. Bei Reaktion mit einem Epoxidharz-Bindemittel (f'= It 15 p/cnr*) erfolgt wiederum eine Entmischung, während der Vernetzung. Der Härter (DMAPA) steigt nach oben. Es ergeben sich ähnliche nachteilige Auswirkungen wie bei Beispiel 1.
Beispiel 3-
Zur Copolymerisation von ungesättigten Polyester (V^=I, 13 p/cmJ) ist Styrol ( **"= 0,906 p/cmJ) als Lösungsmittel und Benzoylperoxyd (^"= 1,3 p/cnr*) als Katalysator notwendig. Auch hier sind ungewollte bleibende Eigenschaftsänderungen
zu beachten.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche :
    Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstandes durch chemische Reaktion, gegebenenfalls unter Energiezufuhr, bei welchem einem Ausgangsstoff ein Wirkstoff und ein Zuschlagstoff beigemischt werden, von denen mindestens einer ein anderes spezifisches Gewicht besitzt als der Ausgangsstoff und sich, zumindest bei einer Verringerung der Viskosität der Mischung während der chemischen Reaktion, von diesem zu trennen trachtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff als Träger für den Wirkstoff dient und im Verbund mit diesem dem Ausgangsstoff beigemischt wird und daß der Auftrieb dieses Verbundes in dem Ausgangsstoff ungefähr gleich seinem Gewicht gewählt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß feste Teilchen des Zuschlagstoffes mit dem Wirkstoff umhüllt werden.
  3. 3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Teilchen des Zuschlagstoffes oberhalb der Schmelztemperatur des Wirkstoffes mit diesem umhüllt und sodann unter die Erstarrungstemperatur des Wirkstoffes abgekühlt werden.
  4. k. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Teilchen des Zuschlagstoffes durch Adsorption von flüssigem Wirkstoff an ihren Oberflächen mit dem Wirkstoff umhüllt werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoff ein poröses Material gewählt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Zuschlagstoff derart innig mit dem Wirkstoff ver^· setzt wird, daß sich eine stabile Suspension oder Emulsion bildet.
    S09827/0890
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5258071A (en) * 1987-05-14 1993-11-02 Glaverbel Vitreous filler material for a polymeric matrix
US5370818A (en) * 1993-05-28 1994-12-06 Potters Industries, Inc. Free-flowing catalyst coated beads for curing polyester resin
AT398575B (de) * 1987-05-14 1994-12-27 Glaverbel Gläsernes füllstoffmaterial sowie verfahren zur herstellung einer füllstoffmaterial enthaltenden polymermatrix

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US5348763A (en) * 1987-05-14 1994-09-20 Glaverbel Method of forming a polymeric matrix containing filler material
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US5370818A (en) * 1993-05-28 1994-12-06 Potters Industries, Inc. Free-flowing catalyst coated beads for curing polyester resin

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