DE4222233A1 - Harnstoff- oder urethangruppen enthaltende imidazolverbindungen und deren verwendung als haertungsmittel fuer epoxidharze - Google Patents
Harnstoff- oder urethangruppen enthaltende imidazolverbindungen und deren verwendung als haertungsmittel fuer epoxidharzeInfo
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-
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-
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Description
Gegenstand der Erfindung sind neue Imidazolylderivate, ihre
Verwendung als Härtungsmittel in Epoxidharzzusammensetzun
gen, sie enthaltende härtbare Epoxidharzzusammensetzungen,
bestehend aus einem Epoxidharz und aus Harnstoff- und/oder
Urethangruppen enthaltenden Verbindungen auf Basis von Imi
dazol- und/oder N-Aminoalkylimidazol-Acrylsäure-Reaktions
produkten und gegebenenfalls üblichen Härtungs- und
Lösungsmitteln zur Herstellung von Formkörpern.
Für die Herstellung von Verbundwerkstoffen werden heute im
Prinzip zwei Verfahren angewandt.
Bei dem Naß-in-Naß-Verfahren werden die Verstärkungsmate
rialien mit der härtbaren Mischung imprägniert und in der
Hitze in einer Stufe bis zum duromeren Endzustand ausgehär
tet (Einstufenverfahren).
Beim Zweistufenverfahren werden aus den Verstärkungsmate
rialien und der härtbaren Mischung zunächst sogenannte Pre
pregs hergestellt, die dann in einem zeitlich getrennten
zweiten Verfahrensschritt zu Fertigteilen weiterverarbeitet
werden. Dabei ist verfahrenstechnisch noch einmal zwischen
der Verwendung lösungsmittelhaltiger und lösungsmittel
freier Arbeitsweise zu unterscheiden.
Die Herstellung der Prepregs erfolgt normalerweise in einem
kontinuierlichen Prozeß, in dem die Verstärkungsmaterialien
entweder durch ein Imprägnierbad des einzusetzenden Harz-
Härter-Gemisches geleitet werden oder das Imprägniermittel
wird erst unmittelbar vor seinem Auftrag auf das Träger
material vermischt und mittels einer besonderen Vorrichtung
aufgerakelt. Die Steuerung der auf eine bestimmte Träger
materialbahn aufzubringenden Imprägniermittelmenge erfolgt
dabei außer über die Viskosität des Imprägniermittels über
nachgeschaltete Abquetschwalzen.
Bei lösungsmittelhaltigen Systemen wird nach dem Imprä
gnierprozeß durch Wärmezufuhr das in der Imprägnierlösung
enthaltende Lösungsmittel verdampft und gleichzeitig das
Harzsystem vom A- in den B-Zustand überführt. Aus den mit
flüssigem bis stark klebrigem Imprägniermittel getränkten
Verstärkungsmaterialien wird je nach Verfahrensbedingungen
und verwendetem Harzsystem ein schwach klebriger bis fast
trockener Prepreg. Bei diesem Verfahrensschritt ist es
wichtig, daß einerseits das Lösungsmittel der Imprägnier
mischung vollständig entzogen wird, andererseits aber der
für die Prepreg-Härtung im zweiten Verfahrensschritt not
wendige latente Härter noch nicht anspringt, um ein unge
wolltes Ausreagieren der imprägnierten Verstärkungsmateria
lien zu verhindern.
Bei lösungsmittelfreien Systemen erfolgt abhängig von der
chemischen Zusammensetzung des Harzsystems nach der Im
prägnierung entweder ebenfalls eine kurze Wärmebehandlung
des Materials, oder die Verstärkungsstoffe werden unmittel
bar nach der Imprägnierung unter Verzicht auf eine geson
derte Wärmebehandlung beidseitig mit Trennfolien kaschiert
und einer systemadäquaten Zwischenlagerung zugeführt. Im
Verlaufe dieser Zwischenlagerung tritt entweder ein allmäh
licher Übergang des Harzsystems in den B-Zustand ein oder
das Imprägniermittel wird unter weitgehendem Verzicht auf
chemische Veränderungen allein durch physikalische Effekte
auf den Trägermaterialien fixiert.
Die so erhaltenen Prepregs lassen sich als Rollen zwischen
lagern und transportieren, ehe sie dem jeweiligen Anwen
dungsfall entsprechend zugeschnitten und in Bauteildicke
übereinander geschichtet werden. Durch gleichzeitige Druck-
und Temperatureinwirkung wird der Prepregstapel zu einem
hochfesten Formteil ausgehärtet, wobei die noch niedermole
kularen, fließfähigen Harze in den hochmolekularen c-Zu
stand des Duromers übergehen.
Während beim Einstufenverfahren lange offene Zeiten und
kurze Aushärtungszeiten bei niedrigen Härtungstemperaturen
gefordert werden, kommt beim Zweistufenverfahren als wei
teres Kriterium noch eine möglichst lange Lagerstabilität
der Prepregs hinzu. Dabei werden Lagerungstemperaturen
unterhalb Raumtemperatur von der Praxis immer weniger
akzeptiert.
Unabhängig von der Prepregherstellung soll ihre Aushärtung
bei möglichst tiefen Temperaturen innerhalb praxisgerechter
Zeit erfolgen, das Temperaturmaximum der exothermen Reak
tion auch bei größeren Schichtdicken auf einem niedrigen
Niveau verbleiben und das physikalische Eigenschaftsniveau
der Endprodukte den Erfordernissen der Praxis angepaßt
sein.
Zwar wurden bereits Härtungssysteme beschrieben, welche die
Härtung deutlich unter 100°C ermöglichen, jedoch besteht
in der Praxis nach wie vor ein Bedarf an Niedrigsttempera
turhärtern mit gleichzeitig guter Lagerstabilität der reak
tiven Mischung. Dieser Bedarf besteht insbesondere auf
Gebieten, auf welchen großflächige Formteile erstellt
werden müssen (Prepregs) und deren endgültige Aushärtung
bei höheren Temperaturen besonderer apparativer Aufwendun
gen bedürfte.
Diese Forderungen hinsichtlich des Härtungsverhaltens und
Eigenschaftsniveaus gelten in gleicher Weise auch für die
im Naß-in-Naß-Verfahren zu verarbeitenden Epoxidharz
systeme.
Für gewisse Anwendungszwecke ist nur eine Anhärtung bis zur
Formstabilität der Formkörper erforderlich bzw. sogar
erwünscht, wobei nach einer eventuellen Zwischenlagerung
die endgültige Aushärtung in einem nachgeschalteten Temper
prozeß bei den erforderlichen Temperaturen erfolgt. Dabei
ist es aber wichtig, daß bereits bei der Anhärtung die
thermische Beständigkeit des Materials über die Härtungs
temperatur steigt, da ansonsten die Entformung nur nach
Absenkung der Formteiltemperatur möglich ist.
Das in härtbaren Mischungen auf Basis von Epoxidharzen seit
langem als latenter Härter verwendete Dicyandiamid wird zur
Erzielung der angestrebten Eigenschaften in der Regel mit
Co-Härtungsmitteln und/oder Beschleunigern kombiniert. Aus
der Literatur sind auf diesem Gebiet daher eine Vielzahl
von Vorschlägen bekannt geworden.
Dicyandiamid ist nur in wenigen Lösungsmitteln wie insbe
sondere Dimethylformamid oder Methylglykol in ausreichenden
Mengen löslich. Diese Lösungsmittel sind jedoch toxikolo
gisch bedenklich und bringen sowohl bei der Herstellung der
Prepregs, das heißt bei Imprägnierung der Verstärkungs
materialien und Überführung in den B-Zustand, als auch bei
der Entsorgung Probleme mit sich.
Weiterhin werden insbesondere bei Mitverwendung von bro
mierten Epoxidharzen von den Endprodukten zunehmend höhere
thermische Beständigkeiten gefordert, die durch eine Di
cyandiamidhärtung nicht erreichbar sind. Andererseits kann
jedoch bisher auf die Verwendung von bromierten Epoxidhar
zen für Produkte mit verringerten Brennbarkeiten nicht ver
zichtet werden.
Bei Einsatz von festem kristallinen Dicyandiamid in flüssi
gen Epoxidharzen ohne Mitverwendung von Lösungsmitteln wird
das Dicyandiamid entweder direkt in der erforderlichen
Menge im Epoxidharz dispergiert oder es wird zuvor eine
hochgefüllte Dicyandiamid/Epoxidharz-Paste hergestellt,
welche zu einem späteren Zeitpunkt mit der Hauptmenge
Epoxidharz und dem Beschleuniger auf die gewünschten
Harz/Härter-Konzentrationen eingestellt wird.
Dabei stellt die Wahl des Beschleunigers einen Kompromiß
zwischen der Höhe der erforderlichen Härtungstemperatur und
der Prepeg-Lagerstabilität dar. Durch einen starken Be
schleuniger wird nämlich nicht nur die Härtungstemperatur
eines Epoxidharz-Dicyandiamid-Gemisches auf ein technisch
anzustrebendes Temperaturniveau reduziert, sondern es be
steht auch die Gefahr, daß dieser Beschleuniger schon wäh
rend der Prepreglagerung mit dem Epoxidharz reagiert, wo
durch die Prepeglagerstabilität nachhaltig eingeschränkt
wird.
Bei Mitverwendung eines vergleichsweise schwachen Beschleu
nigers sind demgegenüber jedoch zur Härtung des Dicyandia
mids sehr hohe Härtungstemperaturen notwendig, durch die
u. a. unerwünscht starke thermische Spannungen in das
Endprodukt eingebracht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, unter Vermeidung
der Nachteile des Standes der Technik härtbare Mischungen
auf Basis von Epoxidverbindungen und latenten und in den
Epoxidharzen löslichen bzw. homogen verteilbaren Härtungs
mitteln zu finden, welche bei niedrigen Temperaturen inner
halb praxisgerechter Zeit ohne hohe exotherme Temperatur
spitzen zum formstabilen Zustand anhärten bzw. zum durome
ren Endzustand aushärten, eine den Anforderungen der Praxis
entsprechende thermische Beständigkeit besitzen, und welche
in Prepregs bei Raumtemperatur über eine ausreichende
Lagerstabilität verfügen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verwendung eines neuen Här
tungsmittels, gegebenenfalls unter Mitverwendung üblicher
latenter Härtungsmittel.
Gegenstand der Erfindung sind Harnstoff- und/oder Urethan
gruppen enthaltende Verbindungen auf Basis von Imidazol-
und/oder N-Aminoalkylimidazol-Acrylsäure-Reaktionspro
dukten, herstellbar in erster Stufe durch
- A) Addition von Acrylsäure(estern) an gegebenenfalls sub stituierte Imidazole und/oder N-Aminoalkylimidazole in ca. equivalenten Mengen, bezogen auf reaktive Aminwas serstoffatome und Doppelbindungen und weitere Umsetzung dieser Addukte in zweiter Stufe mit
- B) Polyaminen und/oder Aminoalkoholen, welche im Durch schnitt mehr als zwei reaktive Aminwasserstoffatome im Molekül haben, unter Kondensationsbedingungen zu Poly amiden und/oder Polyaminoamiden und/oder Polyamidoalko holen, wobei in einer dritten Stufe
- C) die Reaktionsprodukte AB) mit ca. equivalenten Mengen an Mono- und/oder Polyisocyanaten, Mono- und/oder Poly isocyanuraten verlängert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist dadurch gekenn
zeichnet, daß als Härtungsmittel Verbindungen gemäß den
Ansprüchen 1-3 mitverwendet werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist dadurch gekenn
zeichnet, daß die Härtungsmittel gemäß den Ansprüchen 1 und
3 in Mengen von 2 bis 50 g, insbesondere 5 bis 40 g, be
zogen auf 100 g Epoxidharz, mitverwendet werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist dadurch gekenn
zeichnet, daß als Epoxidharze gemäß Anspruch 1 c) Glycidyl
ether auf Basis von Bisphenol A, Bisphenol F und Novolaken
mit Epoxidwerten von 0,18-0,6, insbesondere 0,39-0,55,
mitverwendet werden. Vorzugsweise werden handelsübliche
halogenierte, insbesondere bromierte Epoxidharze mit ca. 18
Gew.-% Brom auf Basis der oben angegebenen Rohstoffe ver
wendet.
Die erfindungsgemäß mitverwendeten Verbindungen gemäß
Anspruch 1 wirken sowohl als Härtungsmittel als auch als
Beschleuniger, so daß auf die mögliche Mitverwendung übli
cher Beschleuniger und Härtungsmittel verzichtet werden
kann. Andererseits können die erfindungsgemäßen Verbindun
gen mit Erfolg als Beschleuniger in handelsüblichen Här
tungsmitteln, wie beispielsweise Dicyandiamid, eingesetzt
werden.
Die erfindungsgemäßen Härtungsmittel sind nach an sich
bekannten Einzelverfahren herstellbar durch Addition von
Acrylsäure oder Acrylsäurederivaten der allgemeinen For
mel I
mit R = H oder kurzkettiger Alkylrest mit 1-4 C-Atomen,
insbesondere Methyl- oder Ethylrest und
R1= H oder CH3- mit Imidazolen der allgemeinen Formel II
worin R2 und R3 unabhängig voneinander H, CH3 -, C2 H5-,
Phenyl-Reste und R4 H oder der Rest -(CH2)a-NH2 mit a = 2
oder 3 sein kann, wie insbesondere die Verbindungen Imida
zol, 2-Methylimidazol, 2-Ethyl-4-methyl-imidazol,
1-(3-Aminopropyl)imidazol.
Sowohl die Acrylate als auch die Imidazole können jeweils
allein oder in Mischung miteinander eingesetzt werden. Im
allgemeinen wird dabei das Imidazol, gegebenenfalls unter
Mitverwendung eines Lösungsmittels, auf 30-90°C, vor
zugsweise 50-70°C, erwärmt und bei dieser Temperatur das
Acrylat langsam zugetropft. Die Mengenverhältnisse, bezogen
auf reaktive Aminwasserstoffatome und Doppelbindungen, sind
dabei equivalent.
Diese Additionsprodukte, welche idealisiert die allgemeine
Formel III
aufweisen, worin R, R1, R2, R3 und a die oben angegebene
Bedeutung haben und b = 0 oder 1 und c = 1 oder 2 sein
kann, wobei gilt, daß nur, wenn b = 1 ist, c = 1 oder 2
sein kann und, wenn b = 0 ist, c = 1 ist, werden in einer
zweiten Stufe mit Polyaminen bzw. Alkanolaminen zu den ent
sprechenden Amidgruppen und/oder Hydroxylgruppen und gege
benenfalls Amingruppen enthaltenden Verbindungen umgesetzt.
Als Polyamine bzw. Alkanolamine sind erfindungsgemäß alle
Amine und Aminoalkohole einsetzbar, welche zwei oder mehr
reaktive Wasserstoffatome pro Molekül enthalten und welche
unter den angegebenen Bedingungen mit der Säuregruppe der
Additionsverbindungen der Formel III reagieren. Dies sind
aliphatische, cycloaliphatische, heterocyclische und gege
benenfalls aromatische oder araliphatische Amine, welche
gegebenenfalls Heteroatome wie insbesondere Sauerstoff
und/oder Stickstoff enthalten und gegebenenfalls verzweigt
sein können. Erfindungsgemäß bevorzugt werden heterocycli
ische Amine wie N-Aminoethylpiperazin, aliphatische Amine
wie Diethylentriamin und Aminoalkohole wie Diglykolamin.
Die Kondensationsreaktion wird dabei nach den an sich
bekannten Methoden durchgeführt. Im allgemeinen wird dabei
so verfahren, daß zu dem vorgelegten Amin bzw. Aminoalkohol
die Verbindungen der allgemeinen Formel III zugegeben und
unter Rühren, gegebenenfalls in Gegenwart eines Schleppmit
tels, auf 180-220°c aufgeheizt werden, bei dieser Tempe
ratur die Hauptmenge Reaktionswasser ausgekreist und die
Reaktion bei Unterdruck von ca. 10-50 mbar beendet wird.
Die Molverhältnisse können in Abhängigkeit von den Einsatz-
und den gewünschten Reaktionsprodukten variabel sein, müs
sen aber so gewählt werden, daß freie Aminwasserstoffatome
im Reaktionsprodukt verbleiben.
Diese Reaktionsprodukte mit freien Aminwasserstoffatomen
werden dann in einer weiteren Stufe mit reaktiven mono-
oder polyfunktionellen Isocyanaten und/oder Isocyanuraten
verlängert. Diese Isocyanate/Isocyanurate können allein
oder in Mischung miteinander oder untereinander eingesetzt
werden. Die Molverhältnisse werden dabei vorzugsweise so
gewählt, daß keine Überschüsse der einen oder anderen Kom
ponente im Reaktionsgemisch verbleiben, insbesondere aber
keine freien Aminwasserstoffatome. Freie NCO-Gruppen sind,
falls gewünscht, jedoch möglich.
Als erfindungsgemäß mitverwendbare Mono- und/oder Diiso
cyanate werden Isocyanate wie Toluylendiisocyanat und
Isophorondiisocyanat und deren handelsübliche NCO-Gruppen
enthaltenden Prepolymeren auf Basis von Polyetherglykolen
sowie Isocyanurate wie trimerisiertes Toluylendiisocyanat
und trimerisiertes Isophorondiisocyanat eingesetzt.
Erfindungsgemäß bevorzugte Verbindungen sind Isophorondi
isocyanat und dessen Trimerisierungsprodukt.
Die Menge an Härtungsmitteln bzw. Härtungsbeschleunigern
kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Sie wird be
stimmt durch den beabsichtigten Anwendungszweck und die ge
gebenenfalls dadurch vorgegebenen Härtungsbedingungen. Er
findungsgemäß werden Mengen im Bereich von 2 bis 50, vor
zugsweise 5 bis 40 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Ge
wichtsteile Epoxidverbindung, angewandt, wobei bei den
halogenierten (bromierten) Epoxidharzen sich Mengen von
2-15 g/100 g Epoxidharz als vorteilhaft erwiesen haben.
Die zur Herstellung der härtbaren Mischung mitverwendeten
Epoxidharze sind Glycidylester und -ether mit zwei oder
mehr Epoxidgruppen pro Molekül wie vorzugsweise die Gly
cidylether auf Basis von ein- oder mehrwertigen Phenolen.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden Glycidylether von 2,2-
Bis(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A) mit Epoxidwerten
von 0,2-0,6, insbesondere die bei Raumtemperatur halb
festen hochviskosen bis mittelviskosen Verbindungen mit
Epoxidwerten um 0,39 bis 0,55. Daneben haben sich auch die
Glycidylether auf Basis von Bisphenol F und die Novolake
als vorteilhaft erwiesen.
Vorzugsweise werden handelsübliche halogenierte, vorzugs
weise bromierte Epoxidharze mit den bekannten Bromgehalten,
vorzugsweise um ca. 18 Gew.-%, auf Basis der oben angeführ
ten Harze eingesetzt.
Zur Modifizierung der Eigenschaften des Endprodukts können
neben anderen Epoxidharzen auch Modifizierungs- oder Hilfs
stoffe mitverwendet werden wie Phenolharze, Melaminharze,
Silikonharze.
Zur Einstellung der gewünschten Viskosität können unter
schiedlich viskose Harze oder Verdünnungsmittel mitverwen
det werden, aber auch die üblichen Lösungsmittel wie Di
methylformamid, Aceton, Methylethylketon, Methylglykol,
Propylenglykolmonomethylether oder deren Mischungen einge
setzt werden.
Zur Herstellung der Prepregs werden organische und anor
ganische Fasern, Vliese und Gewebe, insbesondere aber Glas,
mitverwendet.
Die Herstellung der lösungsmittelhaltigen Prepregs
geschieht nach der an sich bekannten Methode, bei der die
Trägermaterialien in einem Imprägnierbad mit der reaktiven
Harzmischung getränkt und nach dem Abquetschen der über
schüssigen Harzmenge kontinuierlich unter Energiezufuhr
(meist Wärme) bei gleichzeitigem Entzug des Lösungsmittels
vom A- in den B-Zustand überführt werden. Je nach gewünsch
ter Prepreg-Konsistenz (klebrig bis fest) werden diese
anschließend beidseitig mit einer Trennfolie versehen und
für die Lagerung und den Transport aufgerollt. Die Weiter
verarbeitung erfolgt durch Zuschneiden und Zusammenlegen
der einzelnen Prepreg-Lagen zu einem Stapel, aus dem durch
formgebende Maßnahmen unter gleichzeitiger Wärmezufuhr ein
hochvernetztes Werkstück entsteht.
Die erfindungsgemäßen Härtungsmittel können außerdem mit
Erfolg in lösungsmittelfreien Prepregs auf Basis von
Epoxidharzen und gegebenenfalls üblichen Härtungsmitteln
verwendet werden. Hierbei werden die Trägermaterialien bei
gegebenenfalls erhöhter Temperatur nach an sich bekannten
Verfahren mit den Bindemittelsystemen getränkt und system
adäquat gelagert, ehe sie wie die Lösungsmittel enthalten
den Systeme weiterverarbeitet werden.
Weitere Beispiele für lösungsmittelfreie Systeme sind unter
anderem heißhärtende Einkomponentenklebstoffe z. B. für die
Verklebung von Karosserieteilen in der Automobilindustrie
und Epoxidharz-Beschichtungen, die entweder naß oder als
Pulver aufgebracht werden.
1.068,6 g Imidazol werden bei Raumtemperatur (RT) in
3.300 g destilliertem Wasser gelöst. Man erwärmt auf ca.
40-50°C und tropft 1.131,4 g Acrylsäure zu. Nach
Beendigung der Zugabe läßt man 2 h bei 50°C nachreagie
ren.
Das Reaktionsprodukt (40%ige Lösung in Wasser) wird im
Vakuum vom Wasser befreit und bei ca. 120°C mit 2.026 g
N-Aminoethylpiperazin langsam versetzt. Man erhitzt auf
ca. 180 °C und destilliert über einen Dephlegmator die
theoretisch mögliche Wassermenge ab.
Nach Abkühlen erhält man ein pastöses, hochviskoses Pro
dukt.
Viskosität bei 60°C: ca. 50,0 Pa · s.
AZ: ca. 670
SZ: 1,3
AZ: ca. 670
SZ: 1,3
Es entspricht dem über eine äquivalente Menge Acrylsäu
remethylester (anstelle Acrylsäure) hergestellten Pro
dukt.
500 g 1-(3-Aminopropyl)-imidazol werden in 360 g destil
liertem Wasser vorgelegt. Man erwärmt auf 50-60°C und
tropft 576 g Acrylsäure zu. Nach Beendigung der Zugabe
läßt man 1 h bei 60°C nachreagieren. Das Reaktionspro
dukt ist 75%ig in Wasser.
320 g dieses Produktes werden mit 248 g (ca. 10% Über
schuß) N-Aminoethylpiperazin vorsichtig zusammengegeben.
Beim Erhitzen auf ca. 120°C destilliert die eingesetzte
Wassermenge ab und ab 180°C destillieren ca. 32 g durch
Amidbildung entstandenes Wasser ab. Man heizt auf ca.
210°C auf, hält ca. 2 h bei dieser Temperatur und zieht
im Vakuum von 10 mbar überschüssiges Amin ab. Das Pro
dukt hat folgende Kennzahlen:
AZ: 599
SZ: 0,5
SZ: 0,5
und eine schmalzartige Konsistenz.
350 g des Imidazol-Acrylsäureadduktes (40%ig in Wasser)
gemäß Beispiel 1 werden zu 115 g (ca. 10% Überschuß)
Diglykolamin langsam zugegeben. Beim Erhitzen destil
liert die eingesetzte Wassermenge ab. Beim weiteren
Erhitzen entsteht ab 160°C Reaktionswasser. Man hält
2 h bei 190°C und entfernt schließlich das restliche
Wasser und das überschüssige Amin im Vakuum. Das Reakti
onsprodukt hat folgende Kennzahlen:
AZ: 261
OH-Z: 257
SZ: 5,9.
OH-Z: 257
SZ: 5,9.
1068,6 g Imidazol werden bei Raumtemperatur in 3300 g
destilliertem Wasser gelöst. Man erwärmt auf ca. 40-50°C
und tropft 1131,4 g Acrylsäure zu. Nach Beendigung der
Zugabe läßt man 2 h bei 50°C nachreagieren.
Das Reaktionsprodukt (40%ige Lösung in Wasser) wird im
Vakuum vom Wasser befreit und bei ca. 120°C mit 2026 g
N-Aminoethylpiperazin langsam versetzt. Man erhitzt auf ca.
180 °C und destilliert über einen Dephlegmator die theore
tisch mögliche Wassermenge ab. Nach Abkühlen erhält man ein
pastöses, hochviskoses Produkt.
Viskosität bei 60°C: ca. 50,0 Pa·s.
Viskosität bei 60°C: ca. 50,0 Pa·s.
251 g des oben beschriebenen Produktes werden vorgelegt,
auf 160°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur langsam mit
111 g Isophorondiisocyanat versetzt. Man läßt 1 h bei 160-170°C
nachreagieren. Das Produkt, welches eine Aminzahl
von ca. 460 aufweist, erstarrt bei Raumtemperatur zu einer
festen Masse.
I. 136 g Imidazol werden bei ca. 40°C in 326 g Wasser
gelöst und bei dieser Temperatur langsam mit 144 g
Acrylsäure versetzt. Nach Beendigung der Zugabe läßt
man 2 h bei 50°C nachreagieren.
Das Reaktionsprodukt (40%ig in Wasser) wird mit
258,4 g N-Aminoethylpiperazin versetzt. Man erhitzt
auf ca. 180°C und destilliert über einen Dephlegmator
die theoretisch mögliche Wassermenge ab. Man erhält
ein pastöses, hochviskoses Produkt.
Viskosität bei 60°C: ca. 50,0 Pa · s
Aminzahl: ca. 670.
Aminzahl: ca. 670.
II. 620 g Polypropylenglykol (Molgewicht 620) werden 1 h
bei 100°C im Vakuum entwässert. Nach Zugabe von 1 g
DBTL als Katalysator werden innerhalb von 10-15 min
444 g IPDI zugegeben. Man läßt 2 h bei 75°C nachrea
gieren. Das Produkt hat eine NCO-Zahl von 105.
III. 502 g aus 1. werden vorgelegt und auf ca. 120°C
erhitzt. Bei 120-130°C werden 1064 g aus II. zuge
tropft. Man läßt 1 h bei ca. 140°C nachreagieren. Das
Produkt erstarrt bei Raumtemperatur zu einer festen
Masse. Es hat eine Aminzahl von 165.
164 g 2-Methylimidazol werden bei ca. 40°C in 308 g
destilliertem Wasser gelöst und bei dieser Temperatur lang
sam mit 144 g Acrylsäure versetzt. Nach Beendigung der
Zugabe wird 1 h bei 40°C nachgerührt und schließlich 2 h
unter Rückfluß gekocht.
616 g der erhaltenen 50%igen Lösung des Adduktes werden zu
220,5 g (5% Überschuß) Diglykolamin langsam zugegeben.
Beim Erhitzen destilliert die eingesetzte Wassermenge ab.
Beim weiteren Erhitzen entsteht ab 160°C Reaktionswasser.
Das restliche Wasser und das überschüssige Amin werden
schließlich im Vakuum entfernt. Das Reaktionsprodukt hat
eine Aminzahl von 246.
241 g des obengenannten Produktes werden in Aceton gelöst
und bei 40-50°C mit 111 g Isophorondiisocyanat (IPDI)
langsam versetzt. 2 h nach IPDI-Zugabe wird unter Rückfluß
das Reaktionsgemisch erhitzt und schließlich das Lösungs
mittel abgezogen, zuletzt im Vakuum. Das Produkt erstarrt
bei Raumtemperatur zu einer festen Masse. Das Reaktionspro
dukt hat eine Aminzahl von ca. 160.
100 g eines in 25 g Methylethylketon (MEK) gelösten
bromierten Epoxidharzes (Epoxidwert ca. 0,18, Bromgehalt
ca. 18%) werden mit 10 g einer 50%igen Härterlösung aus
dem erfindungsgemäßen Reaktionsprodukt und Ethanol ver
mischt und zur Prepreg-Fertigung eingesetzt. Die Aufberei
tung der Härterlösung erfolgt bei Raumtemperatur, wobei
deren Konzentration grundsätzlich beliebig gewählt werden
kann.
Zur Prepregherstellung im Labormaßstab wird zunächst ein
ca. 0,1 m2 großes Glasfilamentgewebe mit der Harz-Härter-
Lösung getränkt. Daran anschließend erfolgt eine Wärmebe
handlung des derart imprägnierten Verstärkungsmaterials von
2 min bei 120°C in einem Umlufttrockenschrank. Während
dieses Prepregvorgangs wird zum einen das Lösemittel aus
dem Imprägniermittel entfernt, und zum zweiten werden die
Reaktionskomponenten von dem A- in den B-Zustand überge
führt. Es resultieren nahezu trockene, flexible Prepregs,
die nach der Abkühlung bei Raumtemperatur bis zur Weiter
verarbeitung mehrere Wochen gelagert werden können.
Die Prepregweiterverarbeitung zu ca. 1 mm dicken Laminaten
erfolgt in einer Stunde bei 150°C mit einem Preßdruck von
ca. 1 bar. Das derart ausgehärtete Endprodukt zeigt kei
nerlei Mängel bezüglich der Haftung der einzelnen Pre
preglagen.
Zur Bestimmung der thermischen Beständigkeit des Matrix
materials werden anschließend aus den Laminaten
100·10 mm2 große Probekörper entnommen und im Torsionsschwing
versuch nach DIN 53455 untersucht. Die Ergebnisse dieser
Prüfung sind für verschiedene Mischungsverhältnisse in
Tabelle 1 wiedergegeben.
Die weiteren ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführten TG-Werte
der Beispiele 2-6 werden analog Beispiel 1 mit dem dort
angeführten Epoxidharz ermittelt. Als Vergleichsgröße wird
zusätzlich der TG eines derzeit häufig benutzten Matrix
materials mit Dicyandiamid als Härter und N-Methylimidazol
als Beschleuniger mit in die Tabelle aufgenommen
(Mischungsverhältnis bromiertes Epoxidharz Dicyandiamid
N-Methylimidazol = 100 : 5 : 0,8.
100 g eines Epoxidharzes (Epoxid-Äquivalentgewicht ca. 190)
werden mit 5 g des erfindungsgemäßen Reaktionsproduktes 1
vermischt und zur Prepreg-Herstellung eingesetzt.
Die Herstellung der Prepregs im Labormaßstab erfolgt durch
Aufstreichen des Reaktionsgemisches auf ein ca. 0,1 m2
großes Glasfilamentgewebe in Atlasbindung, welches nach der
Imprägnierung beidseitig mit Trennfolien kaschiert und bei
Raumtemperatur gelagert wird. Es resultieren stark klebende
Prepregs, die ihre Konsistenz während der Lagerung nicht
nennenswert verändern dürfen. Zur Weiterverarbeitung werden
mehrere Lagen dieser Prepregs übereinander gelegt und bei
einer Temperatur von 60°C 12 h unter leichtem Druck (ca.
0,1-0,5 bar) verpreßt.
Zur Ermittlung des in Tabelle 2 angegebenen Zeitraumes
gleichbleibender Prepregkonsistenz werden die Prepregs
unter Normklima gelagert, und in Abständen von jeweils 24 h
erfolgt eine Prepregverpressung entsprechend den vorstehend
genannten Bedingungen. Als Zeitraum eines unveränderten
Prepregzustandes ist der Tag angegeben, nach dem erstmalig
Veränderungen im Harzfluß gemessen wurden.
Die Bestimmung der ebenfalls in Tabelle 2 enthaltenen ther
mischen Beständigkeit des Probenmaterials erfolgt an
100·10 mm2 großen Probekörpern entsprechend DIN 53 455 im
Torsionsschwingversuch, die aus den verpreßten Laminaten
entnommen wurden.
Die weiteren in Tabelle 2 für die anderen Beispiele aufge
führten Tg-Werte und Zeiträume unveränderter Prepregkon
sistenz werden analog Beispiel 1 ermittelt.
Claims (10)
1. Harnstoff- und/oder Urethangruppen enthaltende Verbin
dungen auf Basis von Imidazol- und/oder N-Aminoalkylimi
dazol-Acrylsäure-Reaktionsprodukten, herstellbar in er
ster Stufe durch
- A) Addition von Acrylsäure(estern) an gegebenenfalls substituierte Imidazole und/oder N-Aminoalkylimida zole in ca. equivalenten Mengen, bezogen auf reaktive Aminwasserstoffatome und Doppelbindungen und weitere Umsetzung dieser Addukte in zweiter Stufe mit
- B) Polyaminen und/oder Aminoalkoholen, welche im Durch schnitt mehr als zwei reaktive Aminwasserstoffatome im Molekül haben, unter Kondensationsbedingungen zu Polyamiden und/oder Polyaminoamiden und/oder Polyami doalkoholen, wobei in einer dritten Stufe
- C) die Reaktionsprodukte AB) mit ca. equivalenten Mengen an Mono- und/oder Polyisocyanaten, Mono- und/ oder Polyisocyanuraten verlängert werden.
2. Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in erster Stufe Acrylsäure mit Imidazol und/oder
2-Methylimidazol und/oder N-Aminopropylimidazol umge
setzt wird und die weitere Umsetzung dieser Addukte in
zweiter Stufe mit Diglykolamin und/oder N-Aminoethyl
piperazin erfolgt.
3. Verbindungen gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Additionsprodukte der Stufen
A) + B) in dritter Stufe C) mit mindestens einer der
nachfolgenden Verbindungen Isophorondiisocyyanat und deren
handelsübliche NCO-Gruppen enthaltenden Präpolymeren auf
Basis von Polyetherglykolen sowie Isocyanurate wie
trimerisiertes Toluylendiisocyanat und trimerisiertes
Isophorondiisocyanat durchgeführt wird.
4. Verwendung der Verbindungen gemäß den Ansprüchen 1 bis
3 als Härtungsmittel für Epoxidharze.
5. Härtbare Epoxidharzzusammensetzung, enthaltend
- a) ein Epoxidharz mit durchschnittlich mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül und
- b) mindestens eine der Verbindungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 3.
6. Härtbare Epoxidharzzusammensetzungen, worin die Verstär
kungs- und Einlagematerialien bei Raumtemperatur mit dem
Bindemittel, bestehend aus
- a) einem Epoxidharz mit im Durchschnitt mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül und
- b) mindestens einer der gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 herstellbaren Verbindungen und gegebenenfalls
- c) Lösungsmitteln, Füllstoffen, Pigmenten, Hilfsstoffen getränkt und gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur in den halbfesten aber noch schmelzbaren Zustand (B-Zustand) überführt werden.
7. Härtbare Epoxidharze gemäß den Ansprüchen 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als Epoxidharze Gly
cidylether auf Basis von Bisphenol A, Bisphenol F und
Novolaken mit Epoxidwerten von 0,18-0,6 mitverwendet
werden.
8. Epoxidharzformkörper, dadurch gekennzeichnet, daß in
erster Stufe die Verstärkungs- und Einlagematerialien
bei Raumtemperatur mit dem Bindemittel, bestehend aus
- a) einem Epoxidharz mit im Durchschnitt mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül und
- b) mindestens einer der gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 herstellbaren Verbindungen und gegebenenfalls
- c) Lösungsmitteln, Füllstoffen, Pigmenten, Hilfsstoffen überführt werden und in zweiter Stufe die Laminate oder Prepregs unter Formgebung oder zwischen zu verklebende Substrate gebracht, unter Anwendung von Druck bei erhöhter Temperatur ausgehärtet werden.
9. Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Träger
materialien für den Elektrosektor durch Oberführung von
mit Bindemittel auf Basis von Epoxidharzen und amini
schen Härtungsmitteln imprägnierten Verstärkungsmateri
alien in erster Stufe durch Anwendung von Temperatur und
gegebenenfalls von Druck in den B-Zustand überführt und
in zweiter Stufe bei erhöhter Temperatur ausgehärtet
werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Epoxidharze
- a) bromierte Epoxidharze mit im Durchschnitt mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül und als aminische Härtungsmittel
- b) mindestens eine der Verbindungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 verwendet werden.
10. Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Träger
materialien gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß als Epoxidharze bromierte Epoxidharze mit ca. 18
Gew.-% Brom mitverwendet werden.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4134080 | 1991-10-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4222233A1 true DE4222233A1 (de) | 1993-04-22 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19924222233 Withdrawn DE4222233A1 (de) | 1991-10-15 | 1992-07-07 | Harnstoff- oder urethangruppen enthaltende imidazolverbindungen und deren verwendung als haertungsmittel fuer epoxidharze |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4222233A1 (de) |
| FR (1) | FR2682380A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120115988A1 (en) * | 2009-07-20 | 2012-05-10 | Evonik Degussa Gmbh | Catalysis of epoxy resin formulations having sparingly soluble catalysts |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2476115B8 (en) * | 2009-12-14 | 2014-07-23 | Gurit Uk Ltd | Prepregs for manufacturing composite materials |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2146210A (en) * | 1936-11-04 | 1939-02-07 | Du Pont | Synthetic resins |
| DE3504805A1 (de) * | 1985-02-13 | 1986-08-14 | Henkel KGaA, 4000 Düsseldorf | Thermoplastische blockcopolymere |
-
1992
- 1992-07-07 DE DE19924222233 patent/DE4222233A1/de not_active Withdrawn
- 1992-10-13 FR FR9212212A patent/FR2682380A1/fr active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120115988A1 (en) * | 2009-07-20 | 2012-05-10 | Evonik Degussa Gmbh | Catalysis of epoxy resin formulations having sparingly soluble catalysts |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2682380A1 (fr) | 1993-04-16 |
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