DE4021112A1 - Verfahren zur herstellung von blasenfreien prepregs - Google Patents
Verfahren zur herstellung von blasenfreien prepregsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
blasenfreien Prepregs und die Verwendung der Prepregs
zur Herstellung von Verbundwerkstoffen und für Basis
platten für Leiterplatten.
Verbundwerkstoffe auf der Basis einer vernetzten orga
nisch-polymeren Harzmatrix und Verstärkungsmaterialien
oder Einlagerungskomponenten in Form von Fasern, Vliesen
und Geweben aus Glas, Kohlenstoff oder organisch-synthe
tischem Material, wie Aramide (d. h. aromatische Poly
amide), bzw. von Flächenstoffen auf Cellulosebasis ge
winnen in verschiedenen Zweigen der Technik zunehmend
an Bedeutung, weil sie in einfacher Weise die Kombina
tion verschiedener besonders vorteilhafter Eigenschaften
zu einem fortschrittlichen Gesamteigenschaftsbild ge
statten. Entscheidend sind dabei die Eigenschaften des
Matrixmaterials. So werden an das Matrixmaterial An
forderungen gestellt, die sowohl eine sichere, reprodu
zierbare Verarbeitung als auch die weitgehende Nutzung
der Eigenschaften der Verstärkungsmaterialien bzw.
Einlagerungskomponenten gestatten.
Erste Voraussetzung dafür sind Matrixkomponenten, die
die Herstellung lagerfähiger, für die Weiterverarbeitung
hinreichend eigenschaftsstabiler Prepregs gestatten. Da
zu ist es erforderlich, daß die Prepregs nicht klebend
sein dürfen, sie dürfen aber auch nicht vollständig aus
gehärtet sein, vielmehr darf die Harzmatrix lediglich
vorpolymerisiert sein, d. h. sie muß noch schmelzbar
sein. Anforderungen an die vernetzte Harzmatrix bestehen
in einer hohen Grenzflächenhaftung zu den Verstärkungs
materialien und Einlagerungskomponenten und gegebenen
falls auch zu anderen Materialien, beispielsweise metal
lischen oder keramischen Materialien, welche mit faser
oder gewebeverstärkten Prepregs verbunden werden sollen.
Im vernetzten Zustand sind ferner hohe chemische Stabi
lität, Wärmeformbeständigkeit und - für elektrotech
nische Anwendungen - auch dauerhaft hohe elektrische
Isolationseigenschaften gefordert.
Derartige Eigenschaften einer vernetzten Polymermatrix
können erreicht werden, wenn aromatische und/oder
heterocyclische Polyepoxidharze, d. h. Polyglycidyl
verbindungen, und als Vernetzungskomponente, d. h. als
Härter, aromatische Polyamine verwendet werden. Bei
spiele für derartige Polyamine sind 4,4′-Diaminodi
phenylmethan und 4,4′-Diaminodiphenylsulfon (siehe
beispielsweise DE-OS 32 10 746) und Polyamine, wie sie
aus der DE-PS 27 43 680 bekannt sind. Die letztgenannten
Polyamine führen zu besonders wärmeformbeständigen,
alterungsstabilen und - schwer entflammbaren Netzwerk
polymeren. Oft müssen den Polyepoxidharzen zur Verbesse
rung des Flammschutzes bromierte Verbindungen insbe
sondere Tetrabrom-bisphenol-A-bisepoxid zugesetzt
werden, um eine ausreichende Flammwidrigkeit zu er
reichen. Es hat sich aber auch gezeigt, daß es sehr
schwierig ist, mit Vernetzungskomponenten der vorstehend
genannten Art auch die Voraussetzung für eine sichere
und reproduzierbare Verarbeitungstechnik zu reali
sieren. Für spezielle Anwendungen sind zusätzlich die
Wärmeformbeständigkeit, der Flammschutz ohne halogen
haltige Zusätze und die Verarbeitungseigenschaften zu
verbessern.
Insbesondere müssen die Epoxidprepregs des Standes der
Technik nach dem Herstellen in Kühlketten bis zum Her
stellen von Formstoffen oder Basisplatten für Leiter
platten transportiert werden, da in diesem Falle die
Härtungsreaktion durch Kühlen unterbrochen werden muß.
Dieses Verfahren ist technisch umständlich und teuer.
Aus der EP-A-2 72 563 ist bereits ein zweistufiges Ver
fahren zur Herstellung von Formkörpern durch Umsetzung
eines Isocyanates mit einem Epoxid bekannt, wobei das
Gemisch welches das Polyisocyanat und das Epoxid enthält
vor vollständigem Umsatz mit einem tertiären Amin als
Inhibitor versetzt wird und wobei man das so erhaltene
Zwischenprodukt mit einem latenten durch Wärme aktivier
baren Katalysator versetzt und in einer zweiten Stufe
unter Formgebung und weiterer Wärmeeinwirkung in den
endgültigen vernetzten Zustand überführt. Das nach
Inhibierung erhaltene Zwischenprodukt kann nach Pulveri
sierung, Aufschmelzen oder Auflösen in einem geeigneten
Lösungsmittel weiter verarbeitet werden. Als latente,
durch Wärme aktivierbare Katalysatoren können beispiels
weise tertiäre oder quartäre Ammoniumsalze aus organi
schen Aminen und alkylierend wirkenden oder sauren
Estern von organischen Phosphonsäuren oder der Phosphon
säure oder Additionskomplexe von Bortrihalogeniden mit
tertiären Aminen verwendet werden. Das aus der EP-A
2 72 563 bekannte Verfahren kann zur Herstellung von
Tränk- und Imprägniermassen für Elektroisolierungen oder
für glasfaserverstärkte Laminate herangezogen werden.
Bekannte Prepregs auf Basis von Epoxid/Isocyanatreak
tionsharzen haben häufig unzureichende Eigenschaften.
Insbesondere zeigen sie einen blasigen Harzauftrag,
wobei eine blasenfreie Verpressung nicht möglich ist,
welches zu technisch unbrauchbaren Produkten führt. Auch
die Lagerbeständigkeit der Prepregs bei Verwendung be
kannter Epoxid/Isocyanatreaktionsharzen ist für einen
technischen Produktionsprozeß zu kurz.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zu
grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs durch
Imprägnieren von Verstärkungsmaterialien mit einem an
reagierten Epoxid/Isocyanatgemisch zur Verfügung zu
stellen, wobei die Prepregs nach dem Trocknen ohne
Blasen vorliegen, eine verbesserte Lagerstabilität
aufweisen und in wirtschaftlichen Verfahren gelagert,
transportiert und verarbeitet werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel
lung von blasenfreien Prepregs durch Imprägnieren von
Verstärkungsmateralien mit einem Reaktionsprodukt
erhältlich durch Umsetzung von
- a) mindestens einem organischen Polyisocyanat
- b) mindestens einem Polyepoxid in einer solchen Menge, die einem Äquivalentverhältnis von Isocyanatgruppen zu Epoxidgruppen von 1,2 : 1 bis 500 : 1 ent spricht, in Gegenwart
- c) eines tertiären Amins als Katalysator unter Ausbil dung eines Oxazolidinon und Isocyanurat aufweisen den Zwischenproduktes, wobei
- d) die Reaktion zwischen a) und b) vor vollständigem Umsetz mit einem Stopper d) unterbrochen wird,
- e) das Zwischenprodukt zusätzlich einen latenten durch Wärme aktivierbaren Katalysator enthält und gegebenenfalls
- f) weitere Hilfs- und Zusatzmittel enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Reaktionsprodukt in Form einer Lösung beim Impräg nieren verwendet wird
- - der latente Katalysator e) ein Additionskomplex wenig stens eines Bortrihalogenids und wenigstens eines tertiären Amines ist und
- - das imprägnierte Material getrocknet wird.
Bevorzugte Verstärkungsmaterialien bestehen aus Glas,
Kohlenstoff oder Kunststoff in Form von Fasern oder
Flächengebilden wie Vliesen und Geweben. Besonders be
vorzugte Verstärkungsmaterialien beruhen auf Cellulose
basis.
Gegenstand der Erfindung sind ferner derart hergestellte
Prepregs und die Verwendung dieser Prepregs zur Herstel
lung von Verbundwerkstoffen sowie Verbundwerkstoffe, die
wenigstens teilweise aus derartigen Prepregs aufgebaut
sind, d. h. Verbundwerkstoffe, die sowohl erfindungsge
mäße Prepregs als auch andere Prepregs enthalten. Die
Herstellung der Verbundwerkstoffe erfolgt dabei durch
Verpressen bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur.
Die erfindungsgemäßen Prepregs sind kostengünstig her
stellbar. Das EPIC-Harz wird dabei in Form von Lösungen
auf gängigen Imprägnieranlagen verarbeitet. Dazu können
kostengünstige Lösungsmittel, wie Aceton, Ethylacetat,
Methylethylketon verwendet werden. Die imprägnierten
Verstärkungsmaterialien bzw. Einlagerungskomponenten
werden dann bei erhöhter Temperatur getrocknet, wobei
das Lösungsmittel entfernt wird. Insgesamt ergibt sich
auf diese Weise ein außerordentlich günstiges Verhältnis
von Aufwand zu erzielbaren Eigenschaften.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich
Prepregs herstellen, die nicht-klebend und - bei Raum
temperatur - für die Dauer von 6 Wochen und mehr lager
stabil sind, d. h. eine ausreichende Lagerstabilität auf
weisen. Darüber hinaus können diese Prepregs zu Verbund
werkstoffen verarbeitet werden, die sich durch eine hohe
Glasübergangstemperatur (Tg < 280°C) und durch Schwerent
flammbarkeit auszeichnen. Verwendet man als Einlage
rungsmaterial beispielsweise Glasgewebe mit einem Masse
anteil von 60 bis 62%, so besitzen die erfindungsge
mäßen Verbundwerkstoffe - aufgrund der partiell hetero
cyclischen Struktur im ausgehärteten Harzsystem - schon
ohne den Zusatz kernhalogenierter Komponenten selbst
verlöschende Eigenschaften. Messungen an Prüfkörpern
gemäß IEC 249-1 ergeben eine mittlere Brenndauer von 5
Sekunden, so daß für die Tauglichkeit nach dieser Norm
flammhemmende Zusätze nicht erforderlich sind. Die Ver
bundwerkstoffe haben weiter den Vorteil, daß sie bei
thermischer Überlastung keine korrosiven oder besonders
toxischen Spaltprodukte bilden.
Die ausgehärteten Verbundwerkstoffe zeichnen sich ferner
durch ein hohen mechanisch-thermisches Eigenschafts
niveau und einen über einen weiten Temperaturbereich
konstant kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aus. Sie eignen sich deshalb für hochbeanspruchte
Konstruktionswerkstoffe, insbesondere aber auch als
Materialien zur Herstellung von ein- und zweiseitig
kupferkaschierten Leiterplatten, und - bei Verwendung
der erfindungsgemäßen Prepregs - zur Herstellung von
Multilayer-Schaltungen. Von besonderem Vorteil für die
Verwendung als Leiterplattenmaterial ist die hohe Haft
festigkeit von Leiterbahnen aus Kupfer, die hohe
Delaminierfestigkeit und eine ausgezeichnete Bearbeit
barkeit, die sich beispielsweise beim Bohren von
Durchkontaktierungslöchern darin zeigt, daß einwandfreie
Bohrungen bei geringem Bohrerverschleiß erhalten werden.
Damit können mit den erfindungsgemäßen Materialien zwei- und
mehrlagige Leiterplatten sicherer bzw. kosten
günstiger hergestellt werden als mit Materialien, die
den derzeitigen Stand der Technik repräsentieren.
Als Einlagerungskomponenten dienen, wie bereits ausge
führt, Flächenstoffe auf Cellulosebasis oder Ver
stärkungsmaterialien aus Glas, aus Kohlenstoff oder aus
Kunststoff, d. h. aus organisch-synthetischem Material,
wie hochwärmebeständige Hochmodulfasern, beispielsweise
auf Aramid- oder Polyphenylensulfid-Basis, in Form von
Geweben oder Vliesen. Bei Verwendung von Verstärkungs
materialien der genannten Art werden Prepregs für
mechanisch hoch beanspruchbare Konstruktionswerkstoffe
erhalten. Diese Konstruktionswerkstoffe eignen sich
beispielsweise für Anwendungen im Maschinenbau, im
Fahrzeugau, in der Flugtechnik und in der Elektro
technik, insbesondere in Form von Prepregs für die
Leiterplattentechnik.
Bei der Ausgangskomponente a) handelt es sich um belie
bige organische Polyisocyanate der aus der Polyurethan
chemie an sich bekannten Art. Geeignet sind beispiels
weise aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische,
aromatische und hetrocyclische Polyisocyanate, wie sie
z. B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Che
mie, 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben werden,
beispielsweise solche der Formeln
Q(NCO)n ,
in der
n = 2-4, vorzugsweise 2, und
Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2-18, vorzugsweise 6-10 C-Atomen,
einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4-15, vorzugsweise 5-10 C-Atomen,
einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6-15, vorzugsweise 6-13 C-Atomen,
oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8-15, vorzugsweise 8-13 C-Atomen,
bedeuten, z. B. Ethylen-diisocyanat, 1,4-Tetramethylen diisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,12-Dodecan diisocyanat, Cyclobutan-1,3-diisocyanat, Cyclohexan-1,3- und -1,4-diisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanato methyl-cyclohexan (DE-AS 12 02 785, US- PS 34 01 190), 2,4- und 2,6-Hexahydro toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Hexahydro-1,3-und/oder -1,4-phenylendiiso cyanat, Perhydro-2,4′- und/oder -4,4′-diphenylmethan diisocyanat, 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Diphenylmethan-2,4′-und/oder -4,4′-diiso cyanat, Naphthylen-1,5-diisocyanat.
n = 2-4, vorzugsweise 2, und
Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2-18, vorzugsweise 6-10 C-Atomen,
einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4-15, vorzugsweise 5-10 C-Atomen,
einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6-15, vorzugsweise 6-13 C-Atomen,
oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8-15, vorzugsweise 8-13 C-Atomen,
bedeuten, z. B. Ethylen-diisocyanat, 1,4-Tetramethylen diisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,12-Dodecan diisocyanat, Cyclobutan-1,3-diisocyanat, Cyclohexan-1,3- und -1,4-diisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanato methyl-cyclohexan (DE-AS 12 02 785, US- PS 34 01 190), 2,4- und 2,6-Hexahydro toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Hexahydro-1,3-und/oder -1,4-phenylendiiso cyanat, Perhydro-2,4′- und/oder -4,4′-diphenylmethan diisocyanat, 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Diphenylmethan-2,4′-und/oder -4,4′-diiso cyanat, Naphthylen-1,5-diisocyanat.
Ferner kommen beispielsweise erfindungsgemäß in Frage:
Triphenylmethan-4,4′,4′′-triisocyanat, Polyphenyl-poly methylenpolyisocyanate, wie sie durch Anilin-Formaldehyd- Kondensation und anschließende Phosgenierung erhalten wer den (GB 8 74 430 und GB 8 48 671), m- und p-Isocyanato phenylsulfonyl-isocyanate (US 34 54 606), perchlorierte Arylpolyisocyanate, (US 32 77 138), Carbodiimidgruppen aufweisende Polyisocyanate (US 31 52 162), Norbornan-Di isocyanate (US 34 92 330), Allophanatgruppen aufweisende Polyisocyanate, (GB 9 94 890), Isocyanuratgruppen aufwei sende Polyisocyanate, (US 30 01 973), Urethangruppen auf weisende Polyisocyanate, (US 33 94 164 und 36 44 457), acylierte Harnstoffgruppen aufweisende Polyisocyanate (DE-PS 12 30 778), Biuretgruppen aufweisende Polyiso cyanate, (US 31 24 605, 32 01 372 und 31 24 605), durch Telomerisationsreaktionen hergestellte Polyisocyanate (US 36 54 106), Estergruppen aufweisende Polyisocyanate, (US 35 67 763), Umsetzungsprodukte der obengenannten Isocyanate mit Acetalen (DE-PS 10 72 385) und polymere Fettsäureester enthaltende Polyisocyanate (US 34 55 883).
Triphenylmethan-4,4′,4′′-triisocyanat, Polyphenyl-poly methylenpolyisocyanate, wie sie durch Anilin-Formaldehyd- Kondensation und anschließende Phosgenierung erhalten wer den (GB 8 74 430 und GB 8 48 671), m- und p-Isocyanato phenylsulfonyl-isocyanate (US 34 54 606), perchlorierte Arylpolyisocyanate, (US 32 77 138), Carbodiimidgruppen aufweisende Polyisocyanate (US 31 52 162), Norbornan-Di isocyanate (US 34 92 330), Allophanatgruppen aufweisende Polyisocyanate, (GB 9 94 890), Isocyanuratgruppen aufwei sende Polyisocyanate, (US 30 01 973), Urethangruppen auf weisende Polyisocyanate, (US 33 94 164 und 36 44 457), acylierte Harnstoffgruppen aufweisende Polyisocyanate (DE-PS 12 30 778), Biuretgruppen aufweisende Polyiso cyanate, (US 31 24 605, 32 01 372 und 31 24 605), durch Telomerisationsreaktionen hergestellte Polyisocyanate (US 36 54 106), Estergruppen aufweisende Polyisocyanate, (US 35 67 763), Umsetzungsprodukte der obengenannten Isocyanate mit Acetalen (DE-PS 10 72 385) und polymere Fettsäureester enthaltende Polyisocyanate (US 34 55 883).
Es ist auch möglich, die bei der technischen Isocyanat
herstellung anfallenden, Isocyanatgruppen aufweisenden
Destillationsrückstände, gegebenenfalls gelöst in einem
oder mehreren der vorgenannten Polyisocyanate, einzu
setzen. Ferner ist es möglich, beliebige Mischungen der
vorgenannten Polyisocyanate zu verwenden.
Bevorzugt werden in der Regel die technisch leicht zu
gänglichen Polyisocyanate, z. B. das 2,4- und 2,6-
Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser
Isomeren ("TDI"), insbesondere Polyphenyl-polymethylen-
polyisocyanate, wie sie durch Anilin-Formaldehyd-Kon
densation und anschließende Phosgenierung hergestellt
werden ("rohes MDI") und Carbodiimidgruppen, Urethan
gruppen, Allophanatgruppen, Isocyanuratgruppen, Harn
stoffgruppen oder Biuretgruppen aufweisende Polyiso
cyanate ("modifizierte Polyisocyanate"), insbesondere
solche modifizierten Polyisocyanate, die sich vom 2,4-
und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat bzw. vom 4,4′-und/oder
2,4′-Diphenyl-methandiisocyanat ableiten.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Isomeren-
und/oder Homologengemisches von Polyisocyanaten der Di
phenylmethan-Reihe mit einem Gehalt an 2,4′-Diiso
cyanatodiphenylmethan von mehr als 20 Gew.-%.
Es handelt sich hierbei um Polyisocyanatgemische der Di
phenylmethanreihe mit einem Gehalt an 2,4′-Diisocyanato
diphenylmethan von mehr als 20 Gew.-% vorzugsweise von
30 bis 70 Gew.-%. Neben diesen 2,4′-Isomeren enthält die
besonders bevorzugte Polyisocyanat-Komponente im allge
meinen weitere isomere bzw. homologe Polyisocyanate der
Diphenylmethanreihe. Dies bedeutet, daß es sich bei der
besonders bevorzugten Polyisocyanat-Komponente im allge
meinen entweder um Gemische aus 2,4′-Diisocyanato-di
phenylmethan mit 4,4′-Diisocyanatodiphenylmethan und
gegebenenfalls 0 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamt
gemisch an 2,2′-Diisocyanat-diphenylmethan, oder aber
um Gemische dieser Isomeren mit höherkernigen Poly
phenyl-polymethylen-polyisocyanaten handelt. In den
letztgenannten Gemischen liegt im allgemeinen ein Gehalt
von 10 bis zu 60 Gew.-% bezogen auf Gesamtgemisch an
derartigen höherkernigen Polyisocyanaten vor. Das erst
genannte als bevorzugt einzusetzende Polyisocyanat-Kom
ponente geeignete an 2,4′-Isomeren angereicherte Diiso
cyanatgemisch kann beispielsweise durch Abdestillieren
eines Diisocyanatgemischs der angegebenen Zusammen
setzung aus einem Polyisocyanat-Gemisch erhalten werden,
wie es durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd-
Kondensaten entsteht. Das ebenfalls besonders bevorzugt
geeignete, höherkernige Polyisocyanate enthaltende Ge
misch kann beispielsweise durch Rückvermischen des zu
letzt genannten Destillationsproduktes mit an 4,4′-Di
isocyanatodiphenylmethan verarmten Phosgenierungsprodukt
beispielsweise gemäß DE-AS 19 23 214 erhalten werden.
Es ist auch möglich, ein derartiges Gemisch, d. h. ein
Polyisocyanatgemisch, dessen Gehalt an 2,4′-Diiso
cyanatodiphenylmethan den gemachten Angaben entspricht,
direkt durch entsprechende Steuerung der Anilin/Form
aldehyd-Kondensation zu erhalten. Die US-PS 32 77 173
beschreibt beispielsweise einen Weg zu Polyamingemischen
der Diphenylmethanreihe mit einem hohen Gehalt an 2,4′-
Diaminodiphenylmethan. Durch Phosgenierung dieser an
2,4′-Diaminodiphenylmethan reichen Kondensate können
dann direkt die besonders bevorzugt einsetzbaren Poly
isocyanate erhalten werden. Auch in der DT-OS 19 37 685
sowie in der US-PS 33 62 979 werden Wege zu derartigen
Polyisocyanatgemischen gewiesen. Auch in den besonders
bevorzugt geeigneten Polyisocyanatgemischen, welche
höherkernige Polyisocyanate der Diphenylmethanreihe
enthalten, liegt der Gehalt an 2,4′-Diisocyanatodi
phenylmethan oberhalb 20 Gew.-% bezogen auf Gesamt
gemisch.
Bei der Komponente b) handelt es sich um beliebige, min
destens zwei Epoxidgruppen, d. h. 1,2-Epoxidgruppen auf
weisende aliphatische, cycloaliphatische, aromatische
oder heterocyclische Verbindungen. Die bevorzugten als
Komponente b) geeigneten Polyepoxide weisen pro Molekül
2 bis 4, vorzugsweise 2 Epoxidgruppen und ein Epoxid
äquivalentgewicht von 90 bis 500, vorzugsweise 170 bis
220 auf.
Geeignete Polyepoxide sind beispielsweise Polyglycidyl
ether mehrwertiger Phenole, beispielsweise von Brenz
katechin, Resorcin, Hydrochinon, 4,4′-Dihydroxy
diphenylmethan, von 4,4′-Dihydroxy-3,3′-dimethyldi
phenylmethan, von 4,4′-Dihydroxydiphenylmethan, 4,4′-
Dihydroxydiphenylcyclohean, von 4,4′-Dihydroxy-3,3′-di
methyldiphenylpropan, von 4,4′-Dihydroxydiphenyl, aus
4,4′-Dihydroxydiphenylsulfon, von Tris-(4-hydroxy
phenyl)-methan, den Chlorierungs- und Bromierungspro
dukten der vorstehend genannten Diphenole, von Novo
lacken (d. h. aus Umsetzungsprodukten von ein- oder
mehrwertigen Phenolen mit Aldehyden, insbesondere
Formaldehyd, in Gegenwart saurer Katalysatoren), von
Diphenolen, die durch Veresterung von 2 Mol des
Natriumsalzes einer aromatischen Oxycarbonsäure mit
einem Mol eines Dihalogenalkans oder Dihalogendialkyl
ethers erhalten wurden (vgl. britisches Patent
10 17 612) oder von Polyphenolen, die durch Kondensation
von Phenolen und langkettigen, mindestens zwei Halogen
atome enthaltenden Halogenparaffinen erhalten wurden
(vgl. GB-PS 10 24 288). Weiterhin seien genannt:
Polyepoxidverbindungen auf der Basis von aromatischen Aminen und Epichlorhydrin, z. B. N-Di-(2,3-epoxypropyl) anilin, N,N′-Dimethyl-N,N′-diepoxypropyl-4,4′-diamino diphenylmethan, N-Diepoxypropyl-4-amino-phenylglycid ether (vgl. GB-PS 7 72 830 und 8 16 923).
Polyepoxidverbindungen auf der Basis von aromatischen Aminen und Epichlorhydrin, z. B. N-Di-(2,3-epoxypropyl) anilin, N,N′-Dimethyl-N,N′-diepoxypropyl-4,4′-diamino diphenylmethan, N-Diepoxypropyl-4-amino-phenylglycid ether (vgl. GB-PS 7 72 830 und 8 16 923).
Außerdem kommen in Frage: Glycidylester mehrwertiger
aromatischer, aliphatischer und cycloaliphatischer
Carbonsäuren, beispielsweise Phthalsäurediglycidylester,
Adipinsäurediglycidylester und Glycidylester von
Umsetzungsprodukten aus 1 Mol eines aromatischen oder
cycloaliphatischen Dicarbonsäureanhydrids und 1/2 Mol
eines Diols bzw. 1/n Mol eines Polyols mit n Hydroxy
gruppen oder Hexahydrophthalsäurediglycidylester, die
gegebenenfalls mit Methylgruppen substituiert sein
können.
Glycidylether mehrwertiger Alkohole, beispielsweise von
1,4-Butandiol, 1,4-Butendiol, Glycerin, Trimethylol
propan, Pentaerythrit und Polyethylenglykolen können
ebenfalls verwendet werden. Von weiterem Interesse sind
Triglycidylisocyanurat, N,N′-Diepoxypropyloxamid, Poly
glycidylthioether aus mehrwertigen Thiolen, wie bei
spielsweise aus Bismercaptomethylbenzol, Diglycidyl
trimethylentrisulfon, Polyglycidylether auf Basis von
Hydantoinen.
Schließlich seien Epoxidierungsprodukte von mehrfach un
gesättigten Verbindungen genannt, wie vegetabilischen
Ölen und deren Umwandlungsprodukten, Epoxidierungspro
dukte von Di- und Polyolefinen, wie Butadien, Vinyl
cyclohexen, 1,5-Cyclooctadien, 1,5,9-Cyclododecatrien,
Polymerisaten und Mischpolymerisaten, die noch
epoxidierbare Doppelbindungen enthalten, z. B. auf Basis
von Polybutadien, Polyisopren, Butadien-Styrol-Misch
polymerisaten, Divinylbenzol, Dicyclopentadien, unge
sättigten Polyestern, ferner Epoxidierungsprodukte aus
Olefinen, welche durch Diels-Alder-Addition zugänglich
sind und anschließend durch Epoxidierung mit Perverbin
dung in Polyepoxide überführt werden oder aus Verbin
dungen, die zwei Cyclopenten- oder Cyclohexenringe über
Brückenatome- oder Brückenatomgruppen verknüpft enthal
ten. Außerdem seien Polymerisate von ungesättigten Mono
epoxiden genannt, beispielsweise aus Methacrylsäure
glycidylester oder Allylglycidylether.
Vorzugsweise werden erfindungsgemäß folgende Polyepoxid
verbindungen oder deren Mischungen als Komponente b)
verwendet:
Polyglycidylether mehrwertiger Phenole, insbesondere von Bisphenol A; Polyepoxidverbindungen auf der Basis von aromatischen Aminen, insbesondere Bis(N-epoxypropyl)- anilin, N,N′-Dimethyl-N,N′-diepoxypropyl-4,4′-diamino- diphenylmethan und N-Diepoxypropyl-4-amino-phenyl glycidylether; Polyglycidylester aus cycloaliphatischen Dicarbonsäuren, insbesondere Hexahydrophthalsäuredi glycidylester und Polyepoxide aus dem Umsetzungsprodukt von n Molen Hexahydrophthalsäureanhydrid und 1 Mol eines Polyols mit n Hydroxylgruppen (n = ganze Zahl von 2-6), insbesondere 3 Mol Hexahydrophthalsäureanhydrid und einem Mol 1,1,1-Trimethylolpropan, 3,4-Epoxycyclohexyl methan-3,4-epoxycyclohexan-carboxylat.
Polyglycidylether mehrwertiger Phenole, insbesondere von Bisphenol A; Polyepoxidverbindungen auf der Basis von aromatischen Aminen, insbesondere Bis(N-epoxypropyl)- anilin, N,N′-Dimethyl-N,N′-diepoxypropyl-4,4′-diamino- diphenylmethan und N-Diepoxypropyl-4-amino-phenyl glycidylether; Polyglycidylester aus cycloaliphatischen Dicarbonsäuren, insbesondere Hexahydrophthalsäuredi glycidylester und Polyepoxide aus dem Umsetzungsprodukt von n Molen Hexahydrophthalsäureanhydrid und 1 Mol eines Polyols mit n Hydroxylgruppen (n = ganze Zahl von 2-6), insbesondere 3 Mol Hexahydrophthalsäureanhydrid und einem Mol 1,1,1-Trimethylolpropan, 3,4-Epoxycyclohexyl methan-3,4-epoxycyclohexan-carboxylat.
Flüssige Polyepoxide oder niedrigviskose Diepoxide, wie
Bis-(N-epoxipropyl)-anilin oder Vinylcyclohexandiepoxid
können in besonderen Fällen die Viskosität von bereits
flüssigen Polyepoxiden weiter herabsetzen oder feste
Polyepoxide in flüssige Mischungen überführen.
Die Komponente b) wird in einer solchen Menge einge
setzt, die einem Äquivalentverhältnis von Isocyanat
gruppen zu Epoxidgruppen von 1,2 : 1 bis 500 : 1, vorzugs
weise 3 : 1 bis 65 : 1 und insbesondere 5 : 1 bis 30 : 1,
entspricht.
Bei der Katalysatorkomponente c) handelt es sich um
beliebige mono- oder polyfunktionelle organische Amine
mit tertären Aminogruppen. Geeignete Amine der genannten
Art weisen im allgemeinen ein Molekulargewicht von bis
zu 353, vorzugsweise von 101 bis 185 auf. Bevorzugt sind
solche tertiäre Amine, die bei der Reaktionstemperatur
der ersten Reaktionsstufe flüssig sind. Typische Bei
spiele geeigneter bzw. bevorzugt geeigneter Amine sind
Triethylamin, Tri-n-butylamin, N,N,N′,N′-Tetramethyl
ethylendiamin, N,N-Dimethyl-benzylamin, Triethylendiamin
oder Dimethyloctylamin, N-Methylmorpholin und Bis-(N,N-
dimethyl-aminoethyl)-ether.
Die Katalysatoren c) werden in einer Menge von 0,01 bis
2, vorzugsweise 0,01 bis 0,1 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Komponenten a) und b), eingesetzt.
Bei den Stoppern d) handelt es sich um Katalysatoren
gifte für die Katalysatoren c). Geeignet sind beliebige,
alkylierend wirkende Ester von organischen Sulfonsäuren.
Vorzugsweise weisen diese Sulfonsäurealkylester ein
Molekulargewicht von 110 bis 250 auf. Geeignet sind so
wohl aliphatische Sulfonsäurealkylester wie n-Butansul
fonsäuremethylester, n-Perfluorbutansulfonsäuremethyl
ester oder n-Hexansulfonsäureethylester als auch aroma
tische Sulfonsäurealkylester wie Benzolsulfonsäureme
thylester, -ethylester oder -n-butylester, p-Toluol
sulfonsäuremethylester, -ethylester oder -n-butylester,
1-Naphthalinsulfonsäuremethylester, 3-Nitrobenzolsul
fonsäure-methylester oder 2-Naphthalinsulfonsäuremethyl
ester. Die genannten aromatischen Sulfonsäureester sind
bevorzugt. Besonders bevorzugt wird p-Toluolsulfonsäure
methylester als Komponente d) verwendet. Ebenfalls
geeignet jedoch weniger bevorzugt sind Methyljodid und
Dimethylsulfat als Komponente d).
Die Komponente d) wird mindestens in einer solchen Menge
verwendet, die den tert. Aminstickstoffatomen der Kompo
nente c) äquivalent ist.
Als latente Katalysatoren e) werden Additionskomplexe
von Bortrihalogeniden mit tert. Aminen verwendet.
Geeignete latente Katalysatoren sind beispielsweise die
bekannten Additionskomplexe von Bortrihalogeniden,
insbesondere Bortrichloriden oder Bortrifluoriden mit
tert. Aminen, beispielsweise die in DE-PS 26 55 367 be
schriebenen Additionskomplexe von Bortrichlorid und
tert. Aminen der allgemeinen Formel
BCl3×NR1R2R3
in der R1, R2 und R3 gleich oder verschiedene alipha
tische, aromatische, heterocyclische oder arylaliphati
sche Reste sind, die paarweise auch Bestandteil von he
terocyclischen Ringen sein können. Geeignet sind auch
die analogen Komplexe des Bortrifluorids der Formel
BF3×NR1R2R3,
wobei R1, R2 und R3 die vorstehend angegebene Bedeutung
haben.
Gut geeignet sind beispielsweise die entsprechenden
Bortrichlorid- bzw. Bortrifluorid-Komplexe von tert.
Aminen der vorstehend bei der Beschreibung der Kompo
nenten c) und e1) beispielhaft genannten Art oder auch
von heterocyclischen tert. Aminen wie 1,2-Dimethyl
imidazol oder 1-Benzyl-2-phenylimidazol. Die Aminkompo
nente der Komplexe weist im allgemeinen ein Molekular
gewicht innerhalb der oben in Zusammenhang mit der Kom
ponente c) genannten Bereiche auf.
Die latenten Katalysatoren e) werden im allgemeinen in
einer Menge 0,01 bis 20, vorzugsweise 0,1 bis 10 und
besonders bevorzugt von 0,5 bis 2 Gew.-Teilen, bezogen
auf 100 Gew.-Teile der im "B-Zustand" befindlichen Zwi
schenstufe, d. h. des nach Abstoppen des Katalysators c)
vorliegenden Harzes, eingesetzt.
Bei den gegebenenfalls mitzuverwendenden Hilfs- und Zu
satzmitteln f) handelt es sich beispielsweise
- f1) um polymerisierbare, olefinisch ungesättigte Mono mere, die in Mengen von bis zu 100 Gew.-%, vorzugs weise bis zu 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtge wicht der Komponenten a) und b) zum Einsatz gelan gen können.
Typische Beispiele von Zusatzmitteln f1) sind olefinisch
ungesättigte Monomere, die keine gegenüber NCO-Gruppen
reaktive Wasserstoffatome aufweisen, wie z. B. Diisobuty
len, Styrol, C1-C4-Alkylstyrole, wie α-Methylstyrol,
α-Butylstyrol, Vinylchlorid, Vinylacetat, Maleinimid
derivate wie z. B. Bis-(4-maleinimido-phenyl)-methan,
Acrylsäure-C1-C8-alkylester wie Acrylsäuremethylester,
Acrylsäurebutylester oder Acrylsäureoctylester, die
entsprechenden Methacrylsäureester, Acrylnitril oder
Diallylphthalat. Beliebige Gemische derartiger ole
finisch ungesättigter Monomerer können ebenfalls ein
gesetzt werden. Vorzugsweise werden Styrol und/oder
(Meth)-acrylsäure-C1-C4-alkylester verwendet, voraus
gesetzt, die Zusatzmittel f1) werden überhaupt einge
setzt.
Bei Mitverwendung von Zusatzmitteln f1) ist die Mitver
wendung von klassischen Polymerisationsinitiatoren wie
z. B. Benzoylperoxid möglich, im allgemeinen jedoch nicht
erforderlich.
Weitere, gegebenenfalls mitzuverwendende Hilfs- und
Zusatzmittel f) sind
- f2) mindestens 2, insbesondere 2 bis 8 und vorzugsweise 2 bis 3 alkoholische Hydroxylgruppen aufweisende organische Verbindungen des Molekulargewichtsbe reichs 62 bis 2000, wie sie als Aufbaukomponente für Polyurethane an sich bekannt sind. Beispiele sind einfache mehrwertige Alkohole wie Ethylengly kol, Hexandiol-1,6, Glycerin oder Trimethylol propan, Dimethylsiloxan-Einheiten aufweisende Poly ole, z. B. Bis-(dimethyl-hydroxymethyl-silyl)-ether; Estergruppen aufweisende Polyhydroxylverbindungen wie z. B. Ricinusöl oder Polyhydroxypolyester wie sie durch Polykondensation überschüssiger Mengen einfacher mehrwertiger Alkohole der soeben bei spielhaft genannten Art mit vorzugsweise dibasi schen Carbonsäuren bzw. deren Anhydride wie z. B. Adipinsäure, Phthalsäure oder Phthalsäureanhydrid zugänglich sind oder Polyhydroxypolyether wie sie durch Anlagerung von Alkylenoxiden wie Propylenoxid und/oder Ethylenoxid an geeignete Startermoleküle wie z. B. Wasser, die soeben genannten einfachen Alkohole oder auch Amine mit mindestens zwei aminischen NH-Bindungen zugänglich sind.
Die Zusatzmittel f2) werden, falls überhaupt, in einer
solchen maximalen Menge mitverwendet, die einem NCO/OH-
Äquivalentverhältnis, bezogen auf die Isocyanatgruppen
der Komponente a) und die Hydroxylgruppen der Komponente
f2), von mindestens 2:1, vorzugsweise mindestens 2,5 : 1,
entspricht. In jedem Fall muß die Menge der Komponente
a) so bemessen sein, daß das Äquivalentverhältnis von
Isocyanatgruppen der Komponente a) zur Summe der Epoxid
gruppen der Komponente b), Hydroxylgruppen der Kompo
nente f2) und den gegebenenfalls in der Komponente b)
vorliegenden Hydroxylgruppen mindestens bei 1,2 : 1, be
sonders bevorzugt bei 4 : 1 bis 30 : 1 liegt.
Die Mitverwendung von Hilfs- und Zusatzmitteln f1) bzw.
f2) ist im allgemeinen nicht erforderlich. Die unter f1)
beispielhaft genannten Zusatzmittel sind im übrigen ge
genüber den unter f2) beispielhaft genannten Verbindun
gen bevorzugt. Grundsätzlich ist es auch möglich,
gleichzeitig beide Arten von Hilfs- und Zusatzmitteln
mitzuverwenden.
Weitere, gegebenenfalls mitzuverwendende Hilfs- und Zu
satzmittel f) sind beispielsweise Füllstoffe wie z. B.
Quarzmehl, Kreide oder Aluminiumoxid; Pigmente wie z. B.
Titandioxid, Eisenoxid oder organische Pigmente wie
Phthalocyanin-Pigmente; Weichmacher und Flammschutz
mittel wie z. B. Dioctylphthalat, Tributyl- oder Tri
phenylphosphat, Trikresylphosphat; lösliche Farbstoffe
oder Verstärkungsmaterialien wie z. B. Glasfasern oder
Glasgewebe. Ebenfalls geeignet sind C-Fasern bzw.
C-Fasergewebe und andere organische Polymerfasern wie
z. B. Aramidfasern oder LC-Polymerfasern (LC = "liquid
cristal").
Die Hilfs- und Zusatzmittel können sowohl den Ausgangs
materialien a) und b) vor der Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens einverleibt oder auch erst spä
ter mit dem in der Zwischenstufe vorliegenden Harz, ge
gebenenfalls nach dessen Pulverisierung, Aufschmelzen
oder Auflösen in einem geeigneten Lösungsmittel, zuge
mischt werden.
Zur Herstellung der verwendeten Harze werden die Aus
gangsmaterialien a) bis c) und gegebenenfalls die Hilfs-
und Zusatzmittel f) bzw. ein Teil hiervon miteinander
vermischt und innerhalb des Temperaturbereichs von 20
bis 150°C, vorzugsweise 60 bis 130°C, zur Reaktion
gebracht. Nach einem Umsatz von maximal 65%, vorzugs
weise von 30 bis 60% der in das Ausgangsgemisch über
die Komponente a) eingebrachten Isocyanatgruppen wird
die Reaktion durch Zugabe des Stoppers d) abgebrochen.
Das hierbei anfallende, im "B-Zustand" vorliegende Zwi
schenprodukt stellt im allgemeinen bei Raumtemperatur
eine Flüssigkeit oder einen bei Temperaturen von maximal
120°C schmelzbaren Feststoff dar und kann, gegebenen
falls nach beliebig langer Zwischenlagerung der zweiten
Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt
werden.
Hierzu werden dem Zwischenprodukt nach Auflösen in einem
geeigneten Lösungsmittel der latente Katalysator e) und
gegebenenfalls (weitere) Hilfs- und Zusatzmittel zuge
setzt. Als Lösungsmittel kommen nicht nur inerte
Lösungsmittel wie z. B. Aceton, Butylacetat, Methylethyl
keton, Methylpyrrolidon oder deren Gemische sondern auch
"reaktive Verdünner" in Betracht, wobei als "reaktive
Verdünner" bei Raumtemperatur flüssige Polyisocyanate
der unter a) beispielhaft genannten Art bzw. bei Raum
temperatur flüssige Polyepoxide der unter b) beispiel
haft genannten denkbar sind, wobei jedoch stets auf
einen in derartigen Gemischen vorliegenden NCO-Überschuß
gegenüber Epoxid- und Hydroxylgruppen entsprechend einem
Äquivalentverhältnis von mindestens 1,2 : 1, vorzugsweise
von mindestens 3 : 1 geachtet werden muß.
Verstärkungsmaterialien oder Einlagerungskomponenten in
Form von Fasern, Fliesen und Geweben werden gleichmäßig
durch ein Trockenbad, gefüllt mit oben beschriebener
Harzlösung, gezogen. Anschließend wird das imprägnierte
Gewebe bei Temperaturen bis zu 200°C, bevorzugt zwischen
60 und 150°C, einige Minuten (2 bis 15) getrocknet. Das
fertige Prepreg ist trocken, klebfrei, blasenfrei. Zur
Herstellung der Schichtpreßstoffe werden mehrere
Prepregs aufeinandergelegt und in einer Presse bei
Temperaturen von 100 bis 200°C ausgehärtet. Anschließend
ist es zwecks Erreichens optimaler Eigenschaften oftmals
angezeigt, die resultierenden Kunststoffe bei Tempera
turen zwischen 150 und 250°C, vorzugsweise zwischen 200
und 230°C, nachzuhärten.
Die Wärmebeständigkeit der erfindungsgemäßen Verfahrens
produkte, die niedrigen dielektrischen Verluste, die
Feuchtebeständigkeit und die Abriebfestigkeit sowie die
Verarbeitbarkeit in Formen sind hervorragend. Außerdem
eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstel
lung von Isolierstoffen der Isolierstoffklassen H und
C zur Herstellung von Konstruktionswerkstoffen für Flug
zeuge, Raketen oder anderen hoch beanspruchten Geräten.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Pro
zentangaben auf Gewichtsprozente.
1900 Gew.-Teile eines Gemisches aus 60% 2,4-Diiso
cyanatodiphenylmethan und 40% 4,4′-Diisocyanatodi
phenylmethan (NCO-Gehalt = 33,6%) und 100 Gew.-Teile
des beschriebenen Diglycidylethers von Bisphenol A
(Epoxidzahl = 0,585) werden bei 50°C mit 1 ml Dimethyl
benzylamin gemischt und auf 120°C aufgeheizt. Die sofort
einsetzende Isocyanurat-und Oxazolidinonbildung wird
durch die schwach exotherme Reaktion angezeigt. Nach
15 Min. Reaktionszeit beträgt die Innentemperatur 126°C.
Durch Zugabe von 1 ml Stopperlösung I wird die Reaktion
geregelt und die Reaktionstemperatur unter 130°C gehal
ten. Dieser Vorgang wird innerhalb von 3 Min. dreimal
wiederholt, so daß das Reaktionsgemisch an dieser Stelle
der Reaktion bereits 4 ml Stopperlösung I enthält. Die
Reaktionstemperatur fällt dabei auf 125°C ab. Nach
20 Min. Reaktionszeit wird eine Probe entnommen und der
NCO-Gehalt der Mischung bestimmt; er beträgt 20,1% NCO.
Nach weiteren 15 Min. Reaktionszeit bei 125 bis 126°C
Innentemperatur beträgt der NCO-Gehalt der Mischung
19,1% NCO, und nach weiteren 30 Min. Reaktionszeit bei
125 bis 127°C zeigt eine dem Ansatz entnommene Probe an,
daß ein bei Raumtemperatur festes, klebfreies, gut
pulverisierbares, lösliches Harz entstanden ist. Nun
gibt man dem Ansatz weitere 9 ml Stopperlösung I zu,
rührt das Ganze noch 10 Min. bei 125 bis 126°C nach und
gießt den Ansatz anschließend auf eine Teflonplatte. Es
entsteht ein bei Raumtemperatur klares, klebfreies Harz
mit einem NCO-Gehalt von 16,4% NCO.
Es wird eine ausreichende Menge einer 50-%igen Lösung
des Harzes nach Beispiel 1 in Methylethylketon (MEK)
hergestellt. Die Harzlösung besteht aus 65 Gew.-% eines
Polyisocyanurat-B-Zustandes und 35 Gew.-% Methylethyl
keton (Wassergehalt <0,1%). Sie wird durch Rühren bei
Raumtemperatur hergestellt. Dafür wird MEK vorgelegt und
das Festharz in Brockenform sukzessive unter Rühren zu
gegeben. Abschließend wird die Lösung filtriert und ver
schlossen aufbewahrt um das Eindringen von Feuchtigkeit
zu verhindern. Diese Harzlösungen sind über 6 Monate bei
Raumtemperatur lagerstabil. Getrennt werden Katalysator
lösungen 80-%ig in MEK hergestellt. Tabelle 1 gibt die
verwendeten Katalysatoren an (a bis e Vergleichsbei
spiele; f, g erfindungsgemäße Katalysatoren).
| a) Dimethylaminoethanol · Dibu | |
| flüssig | |
| b) Diazabicycloundecen · Dibu | flüssig |
| c) N-Methylimidazol · Dibu | fest |
| d) Dimethylbenzylamin · Dibu | flüssig |
| e) Dimethyloctylamin · Diisooctylphosphat | flüssig |
| f) Bortrichlorid · Dimethylbenzylamin | fest |
| g) Bortrichlorid · Dimethyloctylamin | fest |
Für die Tränkung wird ein Glasgewebe der Type 7628
- Gewicht 200 g/m2 -
Hersteller: Fa. Unterglas, Ulm eingesetzt.
Der Tränkansatz besteht aus 100 Gew.-Teilen Harzlösung
und 3,3 Gew.-Teilen Katalysatorlösung und hat folgende
Kenndaten:
- - Gelierzeit bei 160°C (sec): ca. 170
- - Auslaufzeit nach DIN in 4 mm Becher: ca. 40.
Für die Versuchsreihe werden DIN-A4 große Gewebestücke
geschnitten und an einem Ende mit einer Aufhängeklammer
versehen. Das so vorbereitete Gewebe wird gleichmäßig
in einem Zug durch das Tränkbad gezogen und danach auf
gehängt. Nach einer Trocknung von 30 Minuten bei Raum
temperatur erfolgt eine Nachtrocknung von 10 Minuten bei
70°C im Trockenofen um restliches MEK zu entfernen.
Danach wird das fertige Prepreg entnommen, auf Raumtem
peratur abgekühlt und beurteilt (Tabelle 2).
| Beurteilung des Prepregs - Tabelle 1 | |
| Prepreg mit Katalysator | |
| Blasenhaltigkeit des Prepregs | |
| a | |
| stark blasenhaltiges Prepreg, trübe | |
| b | geringfügige Blasenbildung |
| c | blasenhaltiges Prepreg, leicht trübe |
| d | blasenhaltiges Prepreg, leicht trübe |
| e | blasenhaltiges Prepreg, leicht trübe |
| f | blasenfrei, transparent, klar |
| g | blasenfrei, transparent, klar |
Zwei Probestücke mit den Maßen 5×5 cm wurden dem
Prepreg entnommen und einem einfachen Verpreßtest unter
zogen. Dafür werden beide Probenstücke aufeinanderge
legt, auf eine elektrische Heizplatte gegeben und mit
einem Gewicht (2 kg) beschwert. Nach 20 Minuten Preßzeit
wirde ein Laminat entformt und nach Abkühlung auf Raum
temperatur auf seine Lagenbindung hin geprüft
(Tabelle 2).
| Verpreßbarkeit des Preßpregs - Tabelle 2 | |
| Prepreg mit Katalysator | |
| Beurteilung der Lagenbindung | |
| a | |
| keine Lagenbindung | |
| b | keine Lagenbindung |
| c | keine Lagenbindung |
| d | keine Lagenbindung |
| e | keine Lagenbindung |
| f | Lagenbindung vorhanden |
| g | Lagenbindung vorhanden |
Aus der Reihe der latenten Katalysatoren erweisen sich
f und g als diejenigen Substanzen, mit denen blasenfreie
Prepregs hergestellt werden können, die auch im
Verpreßbarkeitstest noch ein Verbacken aufweisen.
Herstellung von Schichtpreßstoffen und Ergebnisse der
mechanischen Prepregs:
Für Prüfungen werden a) 1,6 mm dicke beiderseits kupfer
kaschierte Laminate und b) 4 mm dicke Laminate ohne
Kaschierung benötigt.
Aufbau
- a) 1 Lage Kupferfolie
8 Lagen Prepregs nach Beispiel 3f
1 Lage Kupferfolie - b) 24 Lagen Prepregs nach Beispiel 3g
Die einzelnen Lagen werden in Preßblechen übereinander
geschichtet und mit Papierpolstern versehen in eine
Presse gelegt.
Das Paket wird in der Presse von Raumtemperatur auf
160°C innerhalb von ca. 50 Minuten aufgeheizt bei einem
stetigen Druck von ca. 8 bar. Nach Erreichen von 160°C
wird diese Temperatur noch 40 Minuten gehalten. An
schließend wird unter Druck innerhalb von 15 bis 20
Minuten auf Raumtemperatur abgekühlt und entformt.
Anschließend wird noch 8 Stunden bei 160 bis 180°C
nachgehärtet.
Prüfergebnisse an Laminaten:
Glasgehalt: ca. 66%
Glasgehalt: ca. 66%
| Eigenschaften von Laminat a) (1,6 mm kupferkaschiert) | |
| - Schichtdickenverteilung: | |
| gut (gleichmäßig 1,6 mm) | |
| - Kupferhaftung: | gut |
| - Lagenbindung: | 1-2 |
| - Flammwidrigkeit nach UL 94 | V0-V1 |
| - Wasseraufnahme im Pressure-Cooker Test (mg): | 27-28 |
| - Ölbadtest (10°-260°C): | gut |
| Eigenschaften von Laminat b) (4 mm ohne Kupfer) | ||
| Zugfestigkeit (N/mm²): | ||
| 447 | ||
| Dehnung (%): | 1,9 | |
| E-Modul (N/mm²): | 28 850 | |
| Biegefestigkeit in Abhängigkeit der Temperatur bei: @ | Raumtemperatur (N/mm²): | 482 |
| 100°C | 428 | |
| 150°C | 419 | |
| 180°C | 409 |
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von blasenfreien Prepregs
durch Imprägnieren von Verstärkungsmateralien mit
einem Reaktionsprodukt erhältlich durch Umsetzung
von
- a) mindestens einem organischen Polyisocyanat
- b) mindestens einem Polyepoxid in einer solchen Menge, die einem Äquivalentverhältnis von Iso cyanatgruppen zu Epoxidgruppen von 1,2 : 1 bis 500 : 1 entspricht, in Gegenwart
- c) eines tertiären Amins als Katalysator unter Ausbildung eines Oxazolidinon und Isocyanurat aufweisenden Zwischenproduktes, wobei
- d) die Reaktion zwischen a) und b) vor vollstän digem Umsatz mit einem Stopper d) unterbrochen wird
- e) das Zwischenprodukt zusätzlich einen latenten durch Wärme aktivierbaren Katalysator ent hält und gegebenenfalls
- f) weitere Hilfs- und Zusatzmittel enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Reaktionsprodukt in Form einer Lösung beim Imprägnieren verwendet wird
- - der latente Katalysator e) ein Additionskomplex wenigstens eines Bortrihalogenids und wenigstens eines tertiären Amines ist und
- - das imprägnierte Material getrocknet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Verstärkungsmaterialien aus Glas, Kohlenstoff
oder Kunststoff in Form von Fasern oder Flächen
stoffen verwendet werden.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das organi
sche Polyisocyanat a) folgender Formel entspricht
Q (NCO)n,
in der
n = 2-4, vorzugsweise 2, und
Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2-18 C-Atomen,
einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4-15 C-Atomen,
einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6-15 C-Atomen,
oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8-15 C-Atomen bedeuten.
Q (NCO)n,
in der
n = 2-4, vorzugsweise 2, und
Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2-18 C-Atomen,
einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4-15 C-Atomen,
einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6-15 C-Atomen,
oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8-15 C-Atomen bedeuten.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly
epoxid b) pro Molekül 2 bis 4 Epoxidgruppen auf
weist und ein Epoxidäquivalentgewicht von 90 bis
500 hat.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der latente
Katalysator e) ein Additionskomplex von Bortri
chlorid mit einem tertiären Amin ist und als Flamm
schutzmittel f) Triphenylphosphat enthalten ist.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der latente
Katalysator e) in einer Menge von 0,01 bis 20 Gew.-
Teilen bezogen auf 100 Gew.-Teile des nach
Abstoppen durch den Katalysator c) vorliegenden
Harzes eingesetzt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verwen
dete Lösungsmittel zum Imprägnieren Methylethyl
keton, Aceton, Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon
oder Gemische solcher Lösungsmittel ist.
8. Verfahren nach wenigstens einem den vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch
den latenten Katalysator e) erfolgte Aushärtung bei
einer Temperatur zwischen 60 und 150°C erfolgt.
9. Verwendung der nach wenigstens einem der vorher
gehenden Ansprüche hergestellten Prepregs zur Her
stellung von Verbundwerkstoffen durch Einwirkung
von Wärme und Druck.
10. Verwendung der nach wenigstens einem der vorher
gehenden Ansprüche verwendeten Prepregs zur Her
stellung von Formstoffen, Hitzeschildern und als
Basisplatten für Leiterplatten.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904021112 DE4021112A1 (de) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Verfahren zur herstellung von blasenfreien prepregs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904021112 DE4021112A1 (de) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Verfahren zur herstellung von blasenfreien prepregs |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4021112A1 true DE4021112A1 (de) | 1992-01-09 |
Family
ID=6409545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19904021112 Withdrawn DE4021112A1 (de) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Verfahren zur herstellung von blasenfreien prepregs |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4021112A1 (de) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0272563A2 (de) * | 1986-12-24 | 1988-06-29 | Bayer Ag | Verfahren zur zweistufigen Herstellung von Formkörpern |
-
1990
- 1990-07-03 DE DE19904021112 patent/DE4021112A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0272563A2 (de) * | 1986-12-24 | 1988-06-29 | Bayer Ag | Verfahren zur zweistufigen Herstellung von Formkörpern |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RÖMPP: Chemie-Lexikon, 8. Aufl., Franckh'sche Verlagshandlung, W. Keller & Co, Stuttgart 1981, S. 1493 * |
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