DE3004563A1 - Verfahren zur herstellung eines in-der-form-ueberzugs und das dabei erhaltene produkt - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines in-der-form-ueberzugs und das dabei erhaltene produktInfo
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Description
DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF
DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER
«α»*.». 7· Febr.jar 1980
Fostanicnrift / Pontnl j\a
Poitfnch 860109, 800O
5.63
Telefon SB 33 23
Telex: (O) B 23993
GT-1630
THE GENERAL TIRE & RURBER COMPANY Akron, Ohio 44329, V.St.A.
Verfahren zur Herstellung eines In-der-Form-Überzugs
und das dabei erhaltene Produkt
0300A7/0589
BAD ORIGINAL
GT-1630
-%- 300A563
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Methode oder ein Verfahren zur j
Beschichtung eines viärmegeharteten, mit Glasfasern verstärkten j
Polyesterharzteils (FRP' entsprechend dem angelsächsischen Ausdruck "thermoset glass fiber reinforced polyester resin
part'p mit einer Überzugszusammensetzung in der Form bzw. in
der Pressform bei niedrigen Drücken und niedrigen Temperaturen.
Folienformmassen bzw. Folienpressmassen bzw. Plattenformmassen
bzw. Plattenpressmassen (SMC, bezeichnet entsprechend dem angelsächsischen Ausdruck "sheet molding compound", im folgenden
zur Vereinfachung auch als "Folienformmassen"bezeichnet), die zur Herstellung von FRP-Teilen verwendet werden, enthalten
gewöhnlich etwa 30 Gew.-% Glasfasern, eine grosse Menge eines oder ^mehrerer Füllstoffe und einen oder mehrere Zusätze mit
geringer Schrumpfung. Hochfeste Formmassen bzw. Pressmassen (HMC, bezeichnet entsprechend der angelsächsischen Bezeichnung
"high strength molding compound", im folgenden auch als hochfeste Formmassen bezeichnet), die zur Herstellung von FRP-Teilen
verwendet werden (die eine etwa 2fache Izod-Schlagzähigkeit
aufweisen, wie die FRP-Teile, hergestellt aus SMC) enthalten gewöhnlich etwa 55 - 60 Gew.-% Glasfasern, enthalten jedoch
keine oder keine nennenswerten Mengen an Füllstoffen und Zusätzen mit niedriger Schrumpfung. Aufgrund des hohen Glasgehalts ··
und des Mangels an Füllstoffen und Zusätzen mit geringer Schrump- fung befindet sich das HMC-Teil in der Form bzw. Pressform
während des Härtens (bei etwa 149°C bzw. 3000F und etwa 41,4 bar
bzw. 600 psi) unter einer beträchtlichen Spannung, im Vergleich mit dem SMC-Teil (das unter den gleichen Bedingungen geformt
und gehärtet wird) aufgrund der Polymerisationsschrumpfung und der gewöhnlich inhomogenen Verteilung der Glasfasern über die
Polyesterharzzusammensetzung. Darüber hinaus schrumpft das ge-
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härtete HMC-Teil bei der Entnahme aus der Form thermisch mehr
als das gehärtete SMC-Teil bei Raumtemperatur (etwa 25°C) und wird stärker verzogen und weist eine geringere Oberflächenglätte
auf als das gehärtete SMC-Teil. Beispielsweise zeigt das geformte und gehärtete SMC-Teil im allgemeinen eine Profilometer-AbIesung
(Oberflächenrauheit-Abstand zwischen den Erhöhungen und Vertiefungen) von einem Durchschnitt von etwa 2,54 M,m (100
microinch), wohingegen das geformte und gehärtete HMC-Teil eine Profilometer-Ablesung im Durchschnitt von etwa mehr als 19,05
ja, m (750+ microinch) zeigt.
So wird beim In-der-Form-Beschichten eines HMC geformten bzw.
pressgeformten und gehärteten Teils nach dem Hochtemperatur- und Hochdruck-in-der-Form-überzugsverfahren der US-PS 4 081 57 8»
selbst wenn der Überzug bzw. die Beschichtung perfekt dem Hohlraum
der Form während des Formungsvorgangs angepasst ist, das HMC-Teil und sein In-der-Form-überzug ausbeulen und sich verformen,
wenn die Form geöffnet wird und das Teil gekühlt wird.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung zu versuchen, die vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten zu überwinden und ein Verfahren
zur Beschichtung eines warmegehärteten bzw. wärmehärtbaren glasfaserverstärkten
Polyesterteils (FRP), wie eines HMC-Teils, in der Form bereitzustellen, das eine verbesserte Oberfläche
aufweist.
Diese und andere Ziele bzw. Gegenstände und Vorteile der Erfindung
sind aus der folgenden genaueren Beschreibung und den Arbeitsbeispielen ersichtlich.
Im Rahmen der Erfindung hat es sich gezeigt, dass eine In-der-Form-Überzugszusammensetzung,
die ein Polyisocyanat, vorzugsweise ein Polyisocyanatpräpolymeres, das überschüssiges Polyisocyanat
enthält, zusätzliche Polyole, einen ungesättigten Polyester, ein· quervernetzendes ungesättigtes Monomeres, einen
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Zinnkatalysator für die das Urethan bildende Reaktion, eine relativ grosse Menge eines Peroxidinitiators und eines Beschleunigers
für den Peroxidinitiator enthält, eine Formung bzw. Pressformung und Härtung des In-der-Form-Uberzugs bei Drücken
von etwa 1,7 - etwa 3,5 bar (etwa 25 - 50 psi) und bei Temperaturen von nicht über etwa 65,60C (etwa 1500F) ermöglicht. In
Abhängigkeit von der Menge des verwendeten Katalysators und Beschleunigers kann die Härtungszeit von etwa 2 bis 12 Minuten
variieren und die Topfzeit der In-der-Form-Uberzugszusammensetzung
(Gemisch von zwei Komponenten) kann von etwa 5 bis 15 Minuten variieren. Falls die Komponenten der In-der-Form-Uberzugszusammensetzung
als ein Zwexkomponentensystem hergestellt werden, in dem eine Komponente das Polyurethanpräpolymere enthält,
die das überschüssige Diisocyanat und den bzw. die Peroxidinitiator
(en) aufweist und die andere Komponente,den un«psättLgtaiPolyester,
das ungesättigte Monomere, Polyol(e), jegliche Füllstoffe, Inhibitor, Beschleuniger, Urethankatalysator und
andere Zusätze enthält, so ergeben die beiden Komponenten getrennt eine sehr gute Lagerungslebensdauer, wenn sie in geeigneter
Weise vor Feuchtigkeit und Wärme geschützt werden.
Der resultierende Überzug zeigt eine gute Kratzfestigkeit und
weist eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Steinschlag auf. Auch
die Oberflächenglätte des überzogenen Teils nähert sich in der
Qualität der von SMC-Teilen für Kraftfahrzeugqualität.
Es wird angenommen, dass die erzielten Ergebnisse bedingt werden durch die geringen angewendeten Drücke, die zu einer geringeren
Verwindung oder Spannung des Substrats führen, wobei die geringen angewendeten Temperaturen eine thermische Schrumpfung
bei der Kühlung, unterstützt durch rasche Härtungssysteme auf ein Minimum herabsetzen. Die Erfindung bezieht sich zwar insbesondere
auf FRP, hergestellt aus HMC, ist jedoch auch auf andere FRP-Teile anwendbar, die aus SMC, BMC usw. hergestellt
werden. So kann die hier beschriebene In-der^Form-Uberzugszusammensetzung
und Methode auf geformte bzw. pressgeformte
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und gehärtete, wärmehärtende Polyesterharz-Zusammensetzungen (FRP) angewendet werden, die etwa 25 bis 75 Gew.-% Glasfasern
enthalten.
Im folgenden werden bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung
be s ehr i eben.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann die
In-der-Form-Überzugszusammensetzung auf das wärmegehärtete
FRP-Teil in-der-Form angewendet werden, die auf unter etwa 65,6°C (etwa 15O F), sogar bis zu Raumtemperatur gekühlt worden
war und anschliessend, wie vorstehend beschrieben, überzogen und gehärtet werden. Alternativ kann das FRP-Teil aus
der Form entnommen, gekühlt und in eine andere Form eingebracht werden, die einen Hohlraum mit einer Form aufweist, die im wesentlichen
gleich ist mit der des FRP-Teils (unter Einbeziehung der Schrumpfung usw.) und wie vorstehend beschrieben In-der-Form
überzogen bzw. beschichtet werden, unter Ausbildung einer Oberfläche, die näher an den Originalentwurf herankommt. Ein
weiterer Weg besteht darin,das FRP-Teil aus der Form zu entnehmen,
es zu kühlen, zu lagern, die Oberfläche mit einem Reinigungsmittel, wie Methylenchlorid, zu reinigen, um jegliche
Formgleitmittel oder Entformungsmittel zu entfernen (um die
Reproduzierbarkeit der In-der-Form-tiberzugs-Adhäsion zu verbessern)
, in eine zweite Form einzubringen, und in der Form zu beschichten, wie vorstehend beschrieben. Eine Form kann dazu
verwendet werden, eine Vielzahl von Teilen herzustellen, die gekühlt, gelagert oder gestapelt, gereinigt und anschliessend
in eine andere Form eingespeist und in der Form wie hier beschrieben beschichtet werden. Darüber hinaus kann zur Verbesserung
der Oberflächenhärte das in-der-Form-überzogene Teil
aus der Form entnommen und in einem Ofen während 5 bis 15 Minuten bei 121 bis 177°C (250 bis 35O°F) gebacken bzw. gebrannt werden.
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Zwar sollte die Form bzw. Pressform zur Herstellung des FRP-Teils
als solchem aus Stahl oder einem Metall oder dgl. hergestellt sein, jedoch kann die gegebenenfalls verwendete zweite
Form aus einem anderen Material sein, wie aus einem Epoxyharz und dgl., da die Temperaturen und Drücke für den In-der-Form-Uberzug
durch das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich geringer
sind als die zur Herstellung des ursprünglichen FRP-Teils
erforderlichen.
Der ungesättigte aliphatische Polyester wird hergestellt durch Copolymerisation
von Maleinsäureanhydrid und einem Alkylenoxid mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Propylenoxid, Butylenoxid, Isobutylenoxid
usw. und Gemischen davon. Propylenoxid ist bevorzugt. Das Alkylenoxid sollte in einem Molverhältnis "bzw. einer Molmenge
grosser als das Maleinsäureanhydrid verwendet werden, um einen Polyester zu ergeben, der im wesentlichen oder völlig endständige
OH-Gruppen aufweist, z. B. ein Polyesterdiol. Der Polyester sollte ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 1500 bis
4500 und innere aliphatische Kohlenstoff-zu-Kohlenstoff-Doppelbindungen
von etwa 8 bis 30 aufweisen. Bis zu etwa 10 Mol-% des Maleinsäureanhydrids können ersetzt werden durch ein gesättigtes
Anhydrid, wie Phthalsäureanhydrid oder ein anderes Anhydrid und Gemisch davon, wie in der US-PS 3 538 043 gezeigt. Auch können
bis zu 10 Mol-% des Alkylenoxidteils Äthylenoxid sein; grössere
Mengen sind nicht erwünscht, da dies zu einer Wasserempfindlichkeit
des Endprodukts führen kann. Diese ungesättigten Polyester werden hergestellt in Benzol, Styrol oder einem anderen
Lösungsmittel, unter Verwendung eines Doppel-Metall-Cyanidkatalysators,
wie in der US-PS 3 538 043 gezeigt. Wie in dieser Patentschrift gezeigt, wird ein Isomerisierungskatalysator,
wie Piperidin, verwendet, um die Maleat-Doppelbindungen des
Polyesters zu Fumarat-Doppelbindungen zu isomerisieren. Morpholin
kann auch als ein Isomerisierungskatalysator verwendet werden , wie in der US-PS 3 576 909 gezeigt.
Polyester, die hergestellt werden durch Umsetzung von Malein-
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säureanhydrid oder Maleinsäure, Itaconsäure, Citraconsäure,
Fumarsäure mit einem Glykol, wie Propylenglykol, Dipropylenglykol,
1,4-Butandiol einschliesslieh Phthalsäureanhydrid oder
Phthalsäure usw., können ebenfalls verwendet werden, jedoch sind derartige Veresterungsverfahren zeitraubend und erfordern
hohe Temperaturen, was kostspielig sein kann. Bevorzugt werden die Polyester hergestellt unter Verwendung des Doppel-Metall-Cyanidkatalysators,
wie vorstehend beschrieben.
Ein gesättigter aliphatischenDihydroxy-endständiger-Polyester
wird ebenfalls bei der In-der-Form-Überzugszusammensetzung verwendet,
unter Bildung eines gewissen Flexibilitätsgrads für den überzug bzw. die Beschichtung. Er wird in einer geringeren
molaren Menge im Vergleich zu dem ungesättigten Polyesterdiol verwendet. Das durchschnittliche Molekulargewicht des gesättigten
Polyesters liegt bei etwa 1500 bis 3000. Er kann hergestellt werden nach üblichen Methoden und sollte frei von Katalysatorrückständen
sein, die die Urethan bildende Reaktion nachteilig beeinflussen könnten. Beispiele für derartige Polyester sind
Polyäthylen-butylen-adipat (bevorzugt), Polyäthylen-butylensebacat, Polypropylen-adipat, Polybutylen-suberat, Polypropylensebacat
und dgl. und Gemische davon.
Das bei der Urethanreaktion verwendete aliphatische Polyol-Quervernetzungsmittel
kann Glyzerin, Trimethylol-propan, 1,2£-
Hexantriol, Pentaerythrit, Pentole, Sorbit und andere aliphatische
Polyole mit 3 bis 6 Hydroxylgruppen, sowie ihre Propylenoxid-, Butylenoxid- und/oder Isobutylenoxidaddukte (die bis zu
10 Mol-% Äthylenoxid enthalten können oder mit Äthylenoxid endverkappt sein können) mit einem mittleren Molekulargewicht von
etwa 92 bis 1000 sein. Methoden zur Herstellung des Alkylenoxidaddukte der Polyole (mit Ausnahme von Glyzerin) unter Verwendung
einse Doppe1-Metall-Cyanidkatalysators sind in der US-PS
3 829 505 beschrieben. Pfropfpolyole können ebenfalls verwendet werden, wie die in den US-PSen 3 304 273, 3 383 351 und 3 294
beschriebenen. Wenn die Addukte oder Telomere hergestellt werden
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unter Verwendung von KOH oder NaOH, so sollte das resultierende
Polyätherpolyol gewaschen und/oder neutralisiert werden, um das alkalische Material zu entfernen oder zu verringern, das die
Katalyse der ürethanreaktion nachteilig beeinflussen kann. . Das aliphatische Polyol-Quervernetzungsmittel wird in einer
ausreichenden Menge mit dem ungesättigten Polyesterdiol und jeglicher anderen OH-Verbindung verwendet, um eine adäquate
Quervernetzung des Diisocyanats zu ergeben, unter Bildung eines Urethan-Netzwerks mit einer ausreichenden Vernetzungsdichte,
um die gewünschte Härte und Zähigkeit zu liefern. Die Propylenoxidaddukte von Pentaerythrit mit einem mittleren bzw. durchschnittlichen
Molekulargewicht von etwa 400 bis 600 sind bevorzugt.
Das verwendete Diisocyanat kann als solches verwendet werden oder umgesetzt werden mit einem Teil des Polyols unter Bildung
eines Präpolymeren, insbesondere wenn Hexamethylen-diisocyanat verwendet wird, da man annimmt, dass dieses Isocyanat carcinogen
ist. Das Diisocyanat sollte in einer ausreichenden Gewichtsmenge verwendet werden, um etwa 50 bis 120 %, vorzugsweise etwa 8O
bis 103 % der stöchiometrischen Menge der zur Reaktion mit sämtlichen aktiven Wasserstoffatomen (bestimmt nach der
Zerewitinoff-Methode, J.A.C.S., Vol. 49, Seite 3181, 192*7), z.B.
H3O, Hydroxylgruppen des Polyesters bzw. der Polyester und des
Polyols bzw. der Polyole, und jeglicher anderen OH enthaltenden organischen Verbindung in der In-der-Form-Uberzugszusammensetzung
nötigen
V -TJCO-Gruppen bereitzustellen, wobei die Möglichkeit der Bildung von etwas Biuret- oder Allophanat-Bindungen in Betracht,. zu ziehen ist. Beispiele für geeignete Diisocyanate oder Gemische davon, die verwendet werden können, sind 1,4-Tolylendiisocyanat (TDI), 2,6-Tolylen-diisocyanat (TDI), 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat (MDI), hydriertes 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat (oder 4,4'-Dicyclohexyl-methan-diisocyanat), polymere Formen von TDI, MDI und hydriertem MDI, Xylol-diisocyanat, Isophoron-diisocyanat und Hexamethylen-diisocyanat. Es ist bevorzugt, von diesen Diisocyanaten das 4,4'-Diphenyl-methan-
V -TJCO-Gruppen bereitzustellen, wobei die Möglichkeit der Bildung von etwas Biuret- oder Allophanat-Bindungen in Betracht,. zu ziehen ist. Beispiele für geeignete Diisocyanate oder Gemische davon, die verwendet werden können, sind 1,4-Tolylendiisocyanat (TDI), 2,6-Tolylen-diisocyanat (TDI), 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat (MDI), hydriertes 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat (oder 4,4'-Dicyclohexyl-methan-diisocyanat), polymere Formen von TDI, MDI und hydriertem MDI, Xylol-diisocyanat, Isophoron-diisocyanat und Hexamethylen-diisocyanat. Es ist bevorzugt, von diesen Diisocyanaten das 4,4'-Diphenyl-methan-
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diisocyanat zu verwenden.
Das zur Quervernetzung des ungesättigten Polyesterdiols und zur Bereitstellung zusammen mit den Urethanbindungen eines wärmehärtbaren
Überzugs verwendete äthylenisch ungesättigte Monomere, wird ausgewählt aus der Gruppe von Styrol, ot-Methylstyrol,
Vinyltoluol, Methylmethacrylat, Acrylamid, Acrylnitril, Me thy 1-acrylat
und Gemischen davon. Von diesen Monomeren ist Styrol bevorzugt. Das äthylenisch ungesättigte Monomere wird in einer
ausreichenden Menge verwendet; um mit dem ungesättigten PoIyesterdiol
zu copolymerisieren und/oder mit dem ungesättigten Polyesterdiol zu vernetzen durch Katalyse mittels eines freie-Radikal-Initiators
(Peroxid), unter Bildung eines vernetzten wärmegehärteten Polyesterharzüberzugs.
Ein organischer frei-Radikal- oder freie-Radikale-erzeugender-Initiator
(Katalysator), wie ein Peroxid, wird verwendet, um die Copolymerisation oder Vernetzung zwischen dem äthylenisch
ungesättigten Monomeren mit niedrigem Molekulargewicht und dem ungesättigten Polyester zu katalysieren. Beispiele für freie-Radikal-Initiatoren
umfassen tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperoctoat
in Diallyl-phthalat, Diacetylperoxid in Dimethylphthalat, Dibenzoylperoxid, Di-(p-chlorbenzoyl)-peroxid in
Dibutylphthalat, Di-(2,4-dichlorbenzoyl)-peroxid mit Dibutylphthalat,
Dilauroylperoxid, Methyläthylketon-peroxid, Cyclohexananon-peroxid
in Dibutyl-phthalat, 3,5-Dihydroxy-3,4-dimethyl-1,2-dioxacyclopentan,
t-Butylperoxy-(2-äthylhexanoat), Caprylyl-peroxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(benzoylperoxy)-hexan,
i-Hydroxy-cyclohexyl-hydroperoxid-i, t-Butylperoxy-(2-äthylbutyrat),
2,5-Dimethyl-2,5-bis-(t-butylperoxy)-hexan, Cumylhydroperoxid,
Diacetylperoxid, t-Butyl-hydroperoxid, Di-tert.-butylperoxid,
3,5-Dihydroxy-3,5-dimethyl-1,2-oxacyclopöntan und
1,1-Bis-(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethyl-cyclohexan und dgl. und
Gemische davon. Es ist manchmal günstig, Gemische von Initiatoren zu verwenden, um den Vorteil zu ziehen aus ihren unter-
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schiedlichen Zersetzungsgeschwindigkeiten und-Zeiten bei verschiedenen
Temperaturen usw. Bevorzugte Initiatoren sind Benzoylperoxid in Styrol, tert.-Butyl-perbenzoat und tert.-Butyl-peroctoat
in Diallyl-phthaüat und Gemische davon. Der Peroxidinitiator
wird in einer Menge von etwa 2,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ungesättigten Polyesters und des bzw. der
ungesättigten Monomeren, verwendet in der In-der-Form-Uberzugszusammensetzung,
verwendet.
Der Beschleuniger (Promotor) zur Verwendung mit dem Peroxidinitiator
(Katalysator) für die Copol; von unges. Polyesterungesättigtem-Monomerem,
kann ein tertiäres, aromatisches Amin oder ein Kobaltsalz, wie Dimethylanilinf/NfN-Dimethyl-p-toluidin,
Kobalt-naphthenat, Kobalt-octoat oder ein anderes Kobaltsalz einer Carbonsäure usw. sein. Die tertiären aromatischen Amine
sind bevorzugt.Einige Beschleuniger sind wirksam oder wirksamer
als andere, mit bestimmten Peroxiden und einige können eine Gelbfärbung bewirken. Der Beschleuniger sollte nicht allein mit
dem Initiator vermischt werden, da eine heftige Reaktion auf treten kann. Vielmehr sollte der Beschleuniger zuerst mit einer
Komponente vermischt werden, worauf der Initiator eingemischt wird. Vorzugsweise wird der Initiator mit der Polyurethan-präpolymer-zusammensetzung vermischt, und der Beschleuniger wird
mit der ungesättigten Polyesterharz-Zusammensetzung vor der Verwendung vermischt. Der Beschleuniger wird in einer maximalen
Menge von etwa 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ungesättigten Polyesters und ungesättigten Monomeren, verwendet
in der In-der-Porm-Uberzugszusammensetzung, verwendet.
*Diätliylaiiilin,
Weitere Peroxidinitiatoren und Beschleuniger für den selben Zweck sind in den folgenden Literaturstellen beschrieben, auf
die hier Bezug genommen wird: "Encyclopedia of Polymer Science and Technology", Interscience Publishers a division of John
Wiley & Sons, Inc., New York, Vol. 9, 1968, Seiten 814 bis und Vol. 11, 1969, Seiten 132 und 133; "Glass Reinforced
- 9 -0300A7/0589
Plastics", Morgan, Intersciene Publishers a Division of John Wiley & Sons, Inc., New York, 3. Edition, 1961? "Glass Reinforced
Plastics", Parkyn, The Chemical Rubber Company, Cleveland, 1970 und "Glass Fibre Reinforced Plastics", de Dani,
Intersciene Publishers, a division of John Wiley & Sons, Inc., New York, 1960.
Der Polyurethankatalysator sollte ein Katalysator sein, der die Zersetzung des Peroxidinitiators nicht beschleunigt. Der ürethankatalysator
sollte bei seiner Verwendung die Härtung der Überzugszusammensetzung bequem erleichtern; d. h. die Bildung des
ürethannetzwerks zwischen dem Isocyanat und den aktiven Wasserstoff
enthaltenden Verbindungen sollte gleichzeitig und glatt zusammen mit dem Vernetzungsarbeitsgang erfolgen, der durch den
freie— Radikal-Peroxidinitiator bewirkt wird zwischen dem ungesättigten Monomeren und dem ungesättigten Polyester. Der Polyurethankatalysator
ist eine Zinnverbindung, wie eine Organozinnverbindung oder ein Zinnsalz einer Carbonsäure. Beispiele
für derartige Katalysatoren sind 4wertige zinnorganische Verbindungen, wie Dibutyl-zinn-dilaurat (bevorzugt), Dibutyl-zinndiacetat,
Tributyl-zinn-acetat, Dilauryl-zinn-diacetat, Dibutylzinn-di-2-äthylhexoat,
Di-2-äthylhexyl-zinn-bis-(2-äthylhexoat),
Dibutyl-zinn-distearat, Tetramethyl-zinn und Tetra-nbutyl-zinn
und dgl. und Gemische davon. Falls die Komponenten der ÜberzugsZusammensetzung frisch bereitet und sofort verwendet
werden, können zweiwertige Zinnverbindungen wie Zinn-II-octoat, Zinn-II-oleat und dgl. und Gemische davon verwendet
werden. Da sich diese zweiwertigen Zinnverbindungen jedoch bei der Alterung oder Lagerung verschlechtern bzw. zerstören können,
sind sie weniger günstig. Der Polyurethankatalysator wird in einer Menge von etwa 0,05 bis O,9Gew.-!feilfipio1OO Gew.-Teile
Gesamtpolyol (aus Polyester, Vernetzungsmittel, Weichmacher bzw. Flexibilisator usw.) z. B. aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen,
verwendet.
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Die Zusammensetzung kann zusätzlich gefüllt bzw. compoundiert
bzw. vermischt werden zur Verleihung der gewünschten Viskosität und des gewünschten Flusses an die Zusammensetzung für die
Formung bzw. Pressformung und unter Bildung der gewünschten physikalischen Eigenschaften für den resultieren wärmegehärteten
Überzug. Beispiele für derartige Füllstoffe oder Compoundierungsbestandteile
sind Füllstoffe wie Tonerden, Talk, MgO, Mg(OH),,, CaCO-j und Siliciumdioxid, Entformungsmittel, rotes
Eisenoxid, TiO3, Ruß, organische Farbstoffpigmente, wie Phthalocyaninblau
oder -grün, Antizersetzungsmittel, UV-Absorber, Calciumsilicat, Paraffinwachs, Hohlglas oder Harz, Mikrosphären
bzw. Mikrokügelchen, Verdickungsmittel, Inhibitoren (Hydrochinon, Benzochinon, t-Butylcatechol bzw. t-Butylcatechin usw.) und dgl.
Bevorzugte Füllstoffe sind Ton bzw. Tonerden, Talk, MgO, Mg(OH)2,
CaCO- und Siliciumdioxid und Gemische davon. Diese Füllstoffe
und Compoundierbestandteile sollten in ausreichenden Mengen verwendet werden, um zufriedenstellende Ergebnisse zu liefern. Jedoch
sollte man bei der Verwendung hoher Füllstoffgehalte Sorgfalt walten lassen, da diese hohe Viskositäten ergeben was zu
Schwierigkeiten des Fliessens bzw. Flusses und der Handhabung führen kann.
Alle Bestandteile der In-der-Form-Überzugszusammensetzung sollten
trocken gehalten werden und einen minimalen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen oder sollte der Wassergehalt gesteuert sein,
so dass man reproduzierbare Ergebnisse erzielt, um die Anwendung unnötiger Mengen an Insocyanaten zu vermeiden und eine
Schaumbildung oder Porenbildung zu verhindern.
Alle Bestandteile der In-der-Form-Überzugszusammensetzung
können miteinander vermischt werden und anschliessend auf das
-α.
Substrat gegossen oder injiziert bzw. gespritzt werden, geformt bzw. pressgeformt und gehärtet werden. Verschiedene Ströme oder
Leitungen können verwendet werden, um die Bestandteile der In-der-Form-Uberzugszusammensetzung bzw. -masse einem Mischkopf
- 11 -
0300A7/0589
oder einer Mischmaschine bzw. Mischvorrichtung zuzuführen. Da jedoch die gemischte In-der-Form-Uberzugszusammensetzung eine
begrenzte Lagerungslebensdauer oder Lagerungsfähigkeit wegen der Reaktionsfähigkeit des Diisocyanats mit den Polyolen aufweist,
ist es bevorzugt, das Diisocyanat mit einem Teil des Polyols bzw. der Polyole wie vorstehend erwähnt unter Bildung
eines Präpolymeren mit endständigem Isocyanat zu bilden, dass überschüssiges freies Isocyanat aufweist. Zu dem Isocyanatpräpolymeren
fügt man die Peroxidinitiatoren für die Polyester. Da darüber hinaus das Diisocyanat ziemlich fluid bzw. flüssig
sein kann, ist es aus Handhabungsgründen günstig, seine Viskosität durch Bildung des Isocyanatpräpolymeren zu erhöhen. Zu
der ungesättigten Polyesterharzzusammensetzung, die das andere Polyol oder mehrere Polyole enthält, fügt man den Beschleuniger
(Promotor) und Polyurethan-katalysator. Ein Strom des Präpolymeren und ein Strom, der die ungesättigte Polyesterzusammensetzung
mit der gewünschten Viskosität enthält, werden anschliessenVden
Mixkopf einer Mischvorrichtung eingespeist, der dann den reaktionsfähigen In-der-Form-Überzug- auf die Oberfläche
des Substrats freisetzt, wo er geformt bzw. pressgeformt und auf dem Substrat gehärtet wird. Das Vermischen der Bestandteile
sollte sorgfältig erfolgen. Für den In-der-Form-Überzug können Spritzgussform-vorrichtungen, Pressformvorrichtungen,
Pressspritzformvorrichtungen (transfer mold) und andere Formungsvorrichtungen oder -maschinen verwendet werden.
Formungsvorrichtungen und Methoden sind auch in den US-PSen 4 076 780, 4 076 788 und 4 082 486 beschrieben, auf die hier
Bezug genommen wird. Ferner wird hier auch Bezug genommen auf "Proceedings of the Thirty-Second Annual Conference Reinforced
Plastics/Composites Institute", SPI, Washington, Februar 1977,
Griffith et al, Section 2-c, Seiten 1-3 und "33rd Annual Technical Conference, 1978 Reinforced Plastics/Composites
Institute The Society of the Plastics Industry, Inc.", SPI, Ongena, Section 14 - B, Seiten 1 - 7.
- 12■ -
030047/0589
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässen Produkte
können bei der Herstellung von Kraftfahrzeugteilen wie Gittern bzw. Kühlergrillen und Scheinwerferanordnungen, Verdecke
bzw. Motorhauben, Kotflügel, Türverkleidungen und Dächer, sowie
bei der Herstellung von Nahrungsmittelbehältern bzw. Nahrungsmitteltabletts r Geräten und elektrischen Bauteilen, Möbeln, Maschinenabdeckungen
und Sicherheitsvorrichtungen, Teilen für Badezimmer, Baupaneele bzw. Konstruktionspaneele usw. verwendet
werden. Das mit Fiberglas.verstärkte Polyester (FRP)-Substrat kann eine Folienformmasse (SMC) oder eine "bulk molding
compound" (BMC) oder ein anderes wärmehärtbares FRP-Material
sein, wie in "Modem Plastics Encyclopedia", Oktober 1975, Vol. 52, Nr. IO A, McGraw-Hill, Inc., New York, Seiten 105 bis
1O7 beschrieben, sowie eine HMC-Verbindung bzw. -Masse, auf die sich die Erfindung insbesondere bezieht.
Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Eine SMC-Zusammensetzung bzw. -Masse wurde einer Pressverformung
unterzogen und bei 149°C (3000F) und 41,4 bar (600 psi) gehärtet
unter Bildung eines pressgeformten (flache Plattenform) und gehärteten FRP-Teils. Im folgenden ist die SMC-Zusammensetzung
angegeben:
- 13 030Q47/0589
GT-1630 -^f- 30045B3
SCM-Zusammensetzung Bestandteil
"Paraplex" P34O "Paraplex11 P681
"Paraplex" P543 "Camel-Wite"
TBP
Zinkstearat Mg(OH)2
Glasfaser
Glasfaser
Eine HMC-Zusammensetzung wurde einer Pressverformung unterzogen
bei 149°C (300°0) und 41,4 bar (600 psi) gehärtet, unter. Bildung eines pressgeformten (komplizierte Form, die Rippen
und Nocken enthält) und gehärteten FRP-Teils. Die HMC-Zusammensetzung
ist im folgenden aufgeführt:
HMC-Zusammensetzung
Gew. | -Teile |
4 | OOO |
2 | 240 |
772 | |
10 | 52O |
7O | |
35O | |
316 | |
7 | 83O |
Bestandteil | Gew.-Teile |
"Selectron" 50322 | 7 500 |
"Selectron" 5988 | 262 |
Zinkstearat | 150 |
tert.-Butylperbenzoat | 60 |
Glasfaser | 10 785 |
Ohne öffnen der Form wurde die Temperatur der Anordnung (Teil
plus Form) auf 60°C (140°F) gesenkt. Anschliessend wurde die
Form geöffnet und der Anteil der Formhöhlung, der frei von dem Teil war, wurde mit einem Entformungsmitte1 (Lecithin) besprüht.
Der In-der-Form-Überzug (ein Gemisch von 11,58 Gew.-Teilen
der Isocyanat-(Härter)-Zusammensetzung und 35,705 Gew.-
- 14 030047/0589
GT-1630
Teilen der Harzzusammensetzung) wurde mit der Hand auf das Teil gegossen und das Teil und die Form wurde erneut für 10 Minuten
geschlossen bei etwa 65,6°C (etwa 1500F) und einem Druck von
etwa 1,7 - etwa 3,5 bar (etwa 25 - 50 psi). Die Form wurde anschliessend
geöffnet, und das Teil wurde entnommen und 10 Minuten bei 148,9°C (3000F) nachgehärtet bzw. nachgebrannt.
Der Zweikomponenten-in-der-Form-Uberzug enthielt folgende
Zusammensetzungen:
Isocyanat-(Härter)-Zusammensetzung Bestandteil Gew.-Teile
111 sonate" 143L
"Pluracol" PeP45O TBP
PDO-Lösung Benzoylperoxidlösung
7,25 1 ,03 0,25 0,05 3,0
Bestandteil
Gew.-Teile
Polyester
Georgia Tale
"Formrez" L4-71
"Pluracol" PeP45O
"Zelec" UN
Ben zochinonlösung
T-12-Lösung
"Stan-Tone"
N,N-Dimethyl-p-toluidin
15,0 10,93 4,35 2,38 0,025 0,2 0,65 2,09 0,8
- 15 -
030047/0589
Die wärmegehärteten pressgeformten SMC- und HMC-Teile, die nach
der Verfahrensweise dieses Beispiels in-der-Form-überzogen worden waren, wurden untersucht, und die Ergebnisse sind im folgenden
aufgeführt:
geformte und | gehärteter | In-der-Form-Überzug |
gehärtete FRP-Basis |
Adhäsion nach dem Kratz-Brech-Test |
Gravelometer- +) Werte (Kiesel messgerät-Werte) |
SMC | gut | nicht untersucht |
SMC | gut | 8 |
HMC | gut | nicht untersucht |
HMC | gut | 9 |
Test zur Untersuchung der Abblätterungsbeständigkeit von Oberflächenbeschichtungen SAE J400; 10 ist der höchste
Wert.
Auch die Qualität der Oberfläche dieser in-der-Form-überzogenen
SMC- und HMC-Teile näherte sich der von SMC-Teilen von Kraftfahrzeugqualität
.
Andererseits ergab die Anwendung einer Zusammensetzung als In—
der-Form-Überzug bei dem Verfahren dieses Beispiels, bestehend .
aus "Niax" Polyol D510, "Isonate" 143L, Georgia Talk 650, Lecithin, "Pluracol" PeP 450 und T-12-Lösung unzufriedenstellen-
Jl.
de Ergebnisse. Mit anderen Worten, enthielt diese Zusammensetzung keinen ungesättigten Polyester, kein polymerisierbares
ungesättigtes Monomeres, noch einen Peroxidinitiator.
- 16 0300A7/0589
GT-1630
Ki-
Anmerkungen zum Beispiel:
Polyester - Polypropylenfumaratpolyester, OH endständig, Säurezahl weniger als 1, mittleres Molekulargewicht etwa
2 4OO, etwa 15 Doppelbindungen, in Styrolmonomerem (70 Gew.-%
PE, 30 % STY). Hergestellt nach der Lehre der US-PS 3 538 043 durch Reaktion von Propylenoxid und Maleinsäureanhydrid, initiiert
durch Fumarsäure unter Verwendung eines Doppelmetall-cyanidkatalysators
und isomerisiert mit Piperidin.
Georgia Talk 650, Magnesiumsilikat (Seifenstein).
"Formrez" L4-71 - Äthylen-butylen-adipat-polyester, etwa
MG 2 000, gesättigt, endständiges OH, Witco Chemical Company.
"Pluracol" PeP 45O - Propylen-oxid-addukt von Pentaerythrit,
mittleres Molekulargewicht etwa 450, Hydroxyläquivalentgewicht 101, BASF Wyandotte.
"Zelec" UN - Fettalkoholphosphat, nicht neutralisiert, du Pont.
Benzochinonlösung - 2 Gew.-% Benzochinon in Styrol. T-12-Lösung - 10 Gew.-% Dibutyl-zinn-dilaurat in Styrol.
"Stan-Tone" - HCC Nr» 6543 Pigment. Gemisch von TiO2 und Ruß
in "Pluracol" PeP 450, 60 % Feststoffe. Harwick Chemical Corp.
"Isonate" 143 L - im wesentlichen Diphenylmethan-4,4'-diisocyanate
eine Flüssigkeit. The Upjohn Company.
U.
TBP - tert.-Butylperbenzoat.
PDO-Lösung - tert.-Butylperoctoat, 50 Gew.-% in Diallylphthalat
.
ö300"A77/Ö589
Benzoylperoxidlösung, 10 Gew.-% Benzoylperoxid in Styrol.
"Paraplex" P 340 - 65 Gew.-%ige Lösung von Polyester in Styrol,
wobei der Polyester im wesentlichen ein Polypropylenfumarat ist, OH-Zahl 35, COOH-Zahl 35, mittleres Molekulargewicht etwa
1 600. Rohm & Haas Company.
"Paraplex" P 6 81 - 35 Gew.-% Lösung von Polymethyl-methacrylat,
enthaltend einige Carboxylgruppen in Styrol. Rohm & Haas Company.
"Paraplex" P 543 - 35 Gew.-% Lösung von Polymethyl-methycrylat in Styrol. Rohm & Haas Company.
"Camel-Wite" - Calciumcarbonat (Kalkstein), mittlere Teilchengrösse
3,3 Acm (Mikron). Campbell Grove Division, H. M. Royal.
"Selectron" - polymerisierbare synthetische Polyesterharze, PPG Industries, Inc.
"Niax" D 510 - Polylacton-polyol, mittleres Formelmolekulargewicht
von 530; mittlere Hydroxylzahl 212 (mg KOH/g); und Säurezahl mg KOH/g Probe, max. 0,25. Union Carbide Corporation.
Auch bekannt als PCP-0200.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung die In-der-Form-Beschichtung
eines geformten wärmegehärteten Polyester-Glasfasersubstrats mit einer In-der-Form-überzugszusammensetzung bzw.
In-der-Form-tiberzugsmasse bei einem Druck von etwa 1,7 bis
etwa 3,5 bar (etwa 25 bis 50 psi) und bei einer Temperatur von nicht über etwa 65,6 C (etwa 150°F), während etwa 2 bis 12
Minuten, wobei die In-der-Form-Beschichtungsmasse das Reaktionsprodukt eines ungesättigten aliphatischen Fumarat-polyester-
- 18 0300A7/0589
diols, eines gesättigten Polyesterdiol-Weichmachers bzw.
Flexibilisators, eines quervernetzenden aliphatischen Polyols mit 3 bis 6 OH-Gruppen, eines Diisocyanats in einer ausreichenden
Gewientsmenge, um etwa 50 bis 1 20 % , vorzugsweise etwa 80
bis 103 % der stöchiometrischen Menge an -NCO-Gruppen bereitzustellen, die erforderlich sind, um mit sämtlichen aktiven
Wasserstoffatomen in der Überzugszusammensetzung zu reagieren
und ein äthylenisch ungesättigtes Monomeres ausreichend,um mit
dem ungesättigten Polyester zu polymerisieren und den ungesättigten Polyester zu vernetzen, im Gemisch mit einem freie-Radikal-Peroxidinitiator,
einem Beschleuniger für den Peroxidinitiator und einem Polyurethan-zinn-katalysator.
Ende der Beschreibung.
- 19 -
0300A7/0589
Claims (14)
1.j Verfahren zur Herstellung eines In-der-Form-überzugs, dadurch
gekennzeichnet, dass man eine geformte bzw. pressgeformte, wärmegehärtete Polyesterharz-Glasfaserzusammensetzung,
die etwa 25 bis 75 % Gew.-% Glasfasern enthält, mit einer In-der-Form-Überzugszusammensetzung in der Form beschichtet
und die In-der-Form-Uberzugszusammensetzung bei einem Druck von etwa 1,7 bis 3,5 bar (etwa 25 bis 50 psi)
und bei einer Temperatur von nicht über etwa 65,6°C (etwa 150°F) während etwa 2 bis 12 Minuten härtet, wobei die Inder-Porm-trberzugszusammenBetzuiig
enthält:
a) ein ungesättigtes aliphatisches Polyesterdiol mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1 500 bis 4 500 und
etwa 8 bis 30 inneren aliphatischen Kohlenstoff-zuKohlenstoff-Doppelbindungen
,
b) ein gesättigtes aliphatisches Polyesterdiol als flexibel machendes Mittel, mit einem mittleren Molekulargewicht
von etwa 1 500 bis 3 000, wobei b) im Vergleich mit a) in einer geringeren molaren Menge vorhanden ist,
030047/0589 - 1 -
GT-1630 ^. 300A563
c) ein aliphatisches, vernetzendes Polyol mit 3 bis 6 Hydroxylgruppen und einem mittleren Molekulargewicht
von etwa 92 bis 1 000,
d) ein Diisocyanat, ausgewählt aus der Gruppe von 2,4-Tolylen-diisocyanat,
2,6-Tolylen-diisocyanat, 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat,
4,4'-Dicyclohexyl-methan-diisocyanat, polymeren Formen von TDI, MDI und hydriertem MDI,
Xylol-diisocyanat, Isophoron-diisocyanat und Hexamethylen-diisocyanat
und Gemischen davon, wobei dieses Diisocyanat in einer ausreichenden Gewichtsmenge vorhanden
ist, um etwa 50 bis 120 % der stöchiometrischen Menge der -NCO-Gruppen bereitzustellen, die erforderlich
sind zur Reaktion mit sämtlichen aktiven Wasserstoffatomen in der Überzugszusammensetzung und
e) ein äthylenisch ungesättigtes Mcnomeres, ausgewählt aus
der Gruppe von Styrol, oL -MethyIstyröl, Vinyltoluol,
Methylmethacrylat, Acrylamid, Acrylnitril, Methylacrylat und Gemischen davon, wobei dieses Monomere in
einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um mit dem ungesättigten Polyester zu copolymerisieren und ihn zu
vernetzen im Gemisch mit
f) einem organischen freien-Radikal-Peroxidinitiator, in
einer Menge von etwa 2,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ungesättigten Polyesters und des ungesättigten
Monomeren,
g) einen Accelerator bzw. Beschleuniger für den Peroxidinitiator, ausgewählt aus der Gruppe von tertiären
aromatischen Aminen und Kobaltsalzen von Carbonsäuren, in einer Menge von nicht über etwa 1,5 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht des ungesättigten Polyesters und des ungesättigten Monomeren und
030047/0589
h) einen Polyurethan-zinn-katalysator, ausgewählt aus der
Gruppe von Organozinnverbindungen und Zinnsalzen von Carbonsäuren in einer Menge von etwa 0,05 bis 0,9 Gew.-Teilen
pro 100 Gew.-Teile der gesamten Polyole.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die In-der-Form-Überzugszusammensetzung zwei Komponenten
enthält, die miteinander vermischt werden und auf die geformte bzw. pressgeformte wärmegehärtete Glasfaserzusammensetzung
geschichtet werden, worin
I. eine Komponente ein Polyurethanpräpolymeres mit endständigem Diisocyanat enthält, das überschüssiges
Diisocyanat enthält, hergestellt durch Reaktion von d) mit einem Anteil von c) und enthaltend f) und
II. eine andere Komponente a), b), und den Rest von c) , e) , g) und h) enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der In-der-Form-Uberzugszusammensetzung das Diisocyanat
in einer Gewichtsmenge vorhanden ist, die ausreicht, um etwa 80 bis 103 % der stöchiometrischen Menge an -NCO-Gruppen
bereitzustellen, die erforderlich sind, um mit sämtlichen aktiven Wasserstoffatomen in der Uberzugszusammensetzung
zu reagieren.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die In-der-Form-Uberzugszusammensetzung zusätzlich einen Füll-
030047/0589
GT-1630
stoff, ausgewählt aus der Gruppe von Tonen bzw. Tonerden, Talk, MgO, Mg(OH)-, CaCO3 und Siliciumdioxid und Gemischen
davon, enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der In-der-Form-überzugszusammensetzung a) ein Propylenfumaratpolyester
ist, b) ein Polyäthylen-butylen-adipat ist, c) das Addukt von Propylenoxid und Pentaerythrit mit
einem mittleren Molekulargewicht von etwa 400 bis 60O ist, d) 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat ist, e) Styrol ist, f)
ein Gemisch von tert.-Butyl-perbenzoat, tert.-Butyl-peroctoat
und Benzoylperoxid ist, g) N,N-Dimethyl-p-toluidin ist und h) Dibutyl-zinn-dilaurat ist.
6. Produkt, erhalten nach dem Verfahren von Anspruch 1
7. Produkt, erhalten nach dem Verfahren von Anspruch 2
8. Produkt, erhalten nach dem Verfahren von Anspruch 3,
9. Produkt, erhalten nach dem Verfahren von Anspruch 4,
10. Produkt, erhalten nach dem Verfahren von Anspruch 5,
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300A563
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass g) Dimethylanilin ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Stufe ein Backen bzw. Brennen der in-der-Formbeschichteten
geformten bzw. pressgeformten wärmegehärteten Polyesterharz-Glasfaser-Zusammensetzung bei einer Temperatur
von etwa 121,1 bis etwa 177°C (250 - 35O°F) während 5 bis 15 Minuten durchgeführt wird.
13. Produkt, erhalten nach dem Verfahren von Anspruch 11
14. Produkt, erhalten nach dem Verfahren von Anspruch
030047/0589
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