DE1543514A1 - Feuerbestaendige modifizierte Epoxy-Novolak-Harze - Google Patents
Feuerbestaendige modifizierte Epoxy-Novolak-HarzeInfo
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Description
The Dow Chemical Company, Zlidland, Michigan, V.St.A.
Feuerbeständige modifizierte Epoxy-ITovolak-Härze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung neuer verbesserter Epoxyharze mit Wärmebeständigkeits-,
Brandverzögerungs- und Selbstauslöscheigenschaften.
Mit dem Ausdruck "Wärmebeständigkeit" wird die Eigenschaft
der Erweichungsbeständigkeit beim Aussetzen gegenüber erhöhten Temperaturen verstanden. Der Ausdruck
"Feuerverzögerung" bezieht sich auf die Verzögerung oder Beständigkeit gegenüber Brennen und der
Ausdruck "selbstauslöschend" bezieht sich auf die Eigenschaft, daß das Brennen aufhört, wenn das Material
nicht in direkter Berührung mit einer Flamme oder einer
anderen Zündquelle steht.
Auf Grund der Erfindung ergibt sich eine selbstauslöschende Epoxyharzmasse, die durch Umsetzung eines Epoxy-Novolak-Harzes
und eines halogenierten einwertigen
909843/1640
15435J4
Phenoles hergestellt wird. Das Phenol wird in einer derart geregelten Menge angewandt, daß ausreichende
Oxirangruppen für eine nachfolgende Vernetzung nach der Vermischung mit einem Härtungsmittel verbleiben.
Eine kleinere Menge eines bifunktionellen Phenoles kann gewünschtenfalls als zusätzlicher Bestandteil
angewandt werden, um das Molekulargewicht und den Schmelzpunkt des nicht-gehärteten Harzes zu erhöhen.
Die Zugabe von ergänzenden feuerverzögernden Mitteln, wie z.B. Antimontrioxyd, Phosphaten oder Boraten, ist
bisweilen günstig, und diese können gegebenenfalls eingesetzt werden.
Gewünschtenfalls kann auch ein nicht-halogeniertes Epoxyharz mit dem Addukt aus Epoxy-Novolak und halogeniertem
Monophenol vermischt werden, um die Menge des in dem endgültigen Gemisch vorhandenen Halogens auf
eine nicht wesentlich größere Menge zu erniedrigen, als dem minimalen Prozentsatz zum Hervorrufen von
Selbstauslöscheigenschaften entspricht. Jede bekannte Epoxyverbindung oder jedes bekannte Epoxyharz jjait zwei
oder mehr funktionellen Gruppen kann verwendet werden, jedoch ist die Zugabe von Epoxy-llovolaken mit einer
Funktionalität von drei oder darüber besonders vorteilhaft.
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15435U
Bei der Herstellung des selbstauslöschenden Epoxyharzes gemäß der Erfindung durch Kondensation eines
Epoxy-Novolaks und eines polyhalogenierten I4onophenols
v/erden keine Nebenprodukte gebildet, und es verbleibt kein Überschuß eines der Reaktionsteilnehmer
oder der Lösungsmittel, der aus dem Produkt abgetrennt werden müßte. Infolgedessen kann, sobald
die Kondensation beendet ist, das Harzprodukt in Kühlpfannen gegeben werden und ist zum Versand oder
zum Gebrauch der fertig. Deshalb ergibt sich zusätzlich zu den anderen Vorteilen bei den erfindungsgemäß
erhältlichen selbstauslöschenden Harzen ein wesentlich vereinfachtes Herstellungsverfahren gegenüber
denjenigen, wie sie bei der Herstellung bekannter Arten von selbstauslöschenden Epoxyharzen erforderlich
sind.
Die erfindungsgemäß hergestellten Harze behalten sämtliche
gewünschten Eigenschaften der Epoxy-Nowolak-Harze
bei, wobei ein höherer Erweichungspunkt aufgrund einer größeren Vernetzung während der Härtung erreichbar ist,
wodurch sich ein enger verbundenes thermohärtendes Harz mit einer besseren Beibehaltung der physikalischen Eigenschaften
bei höheren Temperaturen ergibt. Derartige Eigenschaften machen die Epoxy-Novolak-Harze besonders
geeignet für Gießstücke, für die Herstellung struktureller
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Schichtgebilde und für chemisch beständige Oberflächenüberzüge. Zusätzlich zu derartigen Eigenschaften
besitzen die erfindungsgemäß erhältlichen Harze eine derartige markante Erniedrigung der Entflammbarkeit,
daß sie sogar selbstauslöschend sind.
Bei der erfindungegemäßen Herstellung der Harze muß
ausreichend Halogen angewandt werden, um das Selbstauslöschen sicherzustellen. Falls kein zusätzliches
Feuerverzögerungsmittel angewandt wird, sollten mindestens 10% Brom oder mindestens 18% Chlor, bezogen auf
das Gewicht der gehärteten Harzmasse, vorhanden sein. Kombinationen von mit Brom und Chlor substituierten
Harzen ergeben äquivalente Gewichts-Prozent-Sätze, die zwischen 10 und 18 % liegen, was von dem Verhältnis
von Brom zu Chlor abhängig ist, und sind in gleicher Weise zufriedenstellend. Falls ein zusätzliches feuerverzögerndes
Mittel anwesend ist, vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 2 und etwa 5 %, ergibt sich eine
synergistische Feuerverzögerungswirkung, und es sind Mengen bis herab zu etwa 6 bis 7% Brom und bis herab
zu etwa 10% Chlor in dem Harz notv/endig, um Selbstauslöscheigenschaften zu ergeben. Bei der Umsetzung des
halogenierten Phenoles und des Epoxy-IJovolak-Harzes
muß eine ausreichende Oxiranfunktionalität verbleiben für die anschließende Härtung mittels eines Vernetzungs-
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mittels oder Härtungsmittels, beispielsweise einer
Lewissäure, z.B. Bortrifluoridkomplexe, primären und sekundären aliphatischen und aromatischen Aminen,
Dicyandiamid, sowie Methylcyclopentadien-Maleinsäure-Addukten oder Säureanhydriden. Amine werden als Härtungsmittel
vorzugsweise in einer ausreichenden Menge angewandt,üb einen Durchschnittswert von 0,7 bis
1,2 Aminwasserstoffatome für jede in der Masse vorhandene
Oxirangruppe zu ergeben. Die Bortrifluoridkomplexe werden vorzugsweise in 1 bis 5 Gewichtsteilen
je 100 Teile Harz angewandt. Des halb ist es günstig, wenn die Funktionalität nicht weit unterhalb eines
Durchschnittes von 2 Oxirangruppen je Molekül durch die Umsetzung vermindert wird. Weiterhin ist es günstig,
wenn das auf diese Weise aus halogeniertem Phenol und modifiziertem Epoxy-iTovolak hergestellte
Harz einen Durran-Erweichungspunkt zwischen etwa 65° und 80 C hat, wobei 70°C besonders günstig ist, um
zufriedenstellende Handhabungseigenschaften und ein zur Verwendung beim Gießen, beim Aufbauen von Schichtgebilde
und zum Oberflächenüberziehen bestens geeignetes Molekulargewicht zu ergeben.
Das epoxydierte Novolak zur Verwendung gemäß der Erfindung läßt sich durch (Je allgemeine Formel wiedergeben
:
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worin η einen Durchschnittswert ausreichend oberhalb Null hat, um genügend Oxirangruppen nach der Upoxydierung
zur Umsetzung mit dem halogenierten ilonophenol zu ergeben, wobei trotzdem ein Durchschnitt von etwa
zwei nichtumgesetzten Oxirangruppen je Molekül verbleibt, und wdirin R und R1 Wasserstoff-, Chlor- oder
Bromatome, Alkyl-, Aryl-, Alkaryl- oder Aralkylgruppen
bedeuten, w<bbei die Alkylgruppen jeweils 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten. Vbrteilhafterwexse besitzt
η einen Wert nicht oberhalb 4 und Hegt vorteilhafterweise zwischen 3,0 und 3,5, obwohl es auch
einen Wert bis herab zu 0,5 besitzen, kann. Im allgemeinen
enthält deshalb das Epoxy-Novolak-Harz 2,5 bis 5,5 Oxirangruppen je Molekül.
Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung wird eine ge-r
ringe Menge eines difunktionellen Phenoles, wie z.B. Resorcin, Hydrochinon oder eines Bisphenols, wie z.B.
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Bisphenols wie z.B. halogenierter Bisphenole zu dem Reaktionsgemisch zum Zweck der Steigerung des Schmelzpunktes
und des Molekulargewichtes des Harzproduktes zugegeben. Das Diphenol wird vorzugsweise zu dem Gemisch
zugesetzt, nachdem mindestens ein 'feil des monofunktionellen Halogenphenols reagiert hatf und wird
üblicherweise in einer Menge angewandt, die ausreicht, um O,O5 bis 0,35 Mole je Hol des vorhandenen Epoxy-Novolaks
zu ergeben.
Di-, Tri-, Tetra- oder Pentabromphenol oder Tri-, Tetraoder
Pentachlorphenol oder Gemische davon können als Halogenphenol bei der Ausführung der Erfindung angewandt
werden. Dichlorphenol selbst wird üblicherweise nicht allein angewandt, da es nicht ausreichend Halogen
beiträgt, um Selbstauslöscheigenschaften des erhaltenen Harzadduktes zu ergeben, obwohl es jedoch in Vermischung
mit höherchlorierten Phenolen und/oder bromierten Phenolen angewandt werden kann.
Die Umsetzung zwischen dem halogenierten Phenol und dem Epoxy-Hovolak wird üblicherweise durchgeführt, indem
das Epoxy-Novolak und das halogenierte einwertige Phenol
in ein Reaktionsgefäß, das mit Einrichtungen zum Rühren
und Erhitzen und zur Regelung und Steuerung der Temperatur
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ausgestattet ist, eingebracht werden. Zur Unterstützung der Einleitung der Umsetzung bei niedriger Temperatur
und zur allgemeinen Regelung der Umsetzung werden kleine Mengen, beispielsweise zwischen 10 und
1000 Teilen eines tertiären Amins als Katalysator je Million Teile des Reaktionsgemisches, auf das Gewicht
bezogen, damit vermischt. Zu derartigen Katalysatoren gehören z.B. Benzyldimethylamin und Triäfchylamln. Das
Gemisch wird dann bei einer geregelten Reaktionstemperatur gehalten, bis die Reaktion praktisch beendet
ist, d.h. bis die Hydroxylgruppen des einwertigen Phenoles mit den Oxirangruppen des Epoxyharzes reagiert
haben. Die Umsetzung verläuft exotherm, und die Temperatur wM geregelt, indem Wärme zur Einleitung und
Begünstigung der Umsetzung in den frühen Stufen zugeführt, dann das Reaktionsgemisch, wenn die Umsetzung
ihre größte Intensität erreicht, gekühlt und, wenn die exotherme Wärmeentwicklung nachläßt, erneut
Wärme während eines zusätzlichen Zeitraumes zugeführt wird, so daß eine praktisch vollständige Umsetzung der
phenolischen Hydroxylgruppen sichergestellt ist. Wenn ein mehrwertiges Phenol als zusätzlicher Bestandteil
bei der erfindungsgemäßen Herstellung der Masse angewandt
wird, ist es günstig, diese Verbindung etwa zu dem Zeitpunkt zuzugeben, wo der exotherme Temperaturanstieg
nachzulassen beginnt. Das gegebenenfalls ange-
909843/1640
wandte zusätzliche Feuerverzögerungsmittel - beispielsweise Sb3O3 - wird üblicherweise bei der Compoundierung
des Harzes zur Verwendung zugesetzt, das heißt, wenn ein Härtungskatalysator vor der Herstellung
von Gießstücken oder einer Beschichtungslösung zugegeben wird.
Das nachfolgend angegebene allgemeine Verfahren ist eine Ausführungsform der Umsetzung, und entsprechend
wurde in den Beispielen gearbeitet.
Ein Epoxy-Novolak-Harz der in der vorstehenden Formel
angegebenen Art wurde in ein Reaktionsgefäß mit der vorstehend beschriebenen Ausstattung eingebracht.
Wärme wurde angewandt, bis das Harz eine Temperatur von etwa 100°C erreicht hatte. Bei dieser Temperatur
wurde das Harz ziemlich flüssig. Es wurde gerührt, um eine einheitliche Temperatur und Konsistenz zu
erreichen, und dann wurde das halogenierte einwertige Phenol langsam zugemischt. Die optimale Zugabegeschwindigkeit
des Phenols ist diejeAige, bei der gerade eine kontinuierliche Auflösung desselben in dem Epoxy-Novolak
erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur des Reaktionsgemisches üblicherweise auf einen Wert
zwischen etwa 110 und 120°C infolge der durch die äußeren Heizmittel gelieferten Wärme gestiegen. Zu
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diesem Zeitpunkt wird der Katalysator, üblicherweise ein tertiäres Amin, das vorzugsweise in einer geringen
Menge eines flüchtigen und inerten organischen Lösungsmittel - beispielsweise Xylol - gelöst ist, in einer
Menge von etwa 0,01 bis etwa 0,5 Gewichts-% des Gemisches dem Gemisch zugesetzt, üblicherweise steigt die Temperatur,
obwohl Kühlung angewandt wird, weiterhin auf einen Wert zwischen etwa 140 und 1600C an und fällt dann ab. Wenn
Sie auf etwa 14O°C abgesunken ist, wird mit dem Kühlen aufgehört und Wärme angewandt, um die Temperatur bei etwa
14O0C während weiterer 20 bis 30 Minuten zu halten.
Dann wird das Erhitzen eingestellt und das Gemisch gekühlt. Die Durchschnittstemperatur für die gesamte Umsetzung liegt
üblicherweise zwischen etwa 130 und 15O°C während eines
GesamtZeitraumes zwischen 0,75 und 1,5 Stunden. Falls
ein Polyphenol in der Masse angewandt wird, wird es üblicherweise 5 bis 10 Minuten später zugegeben, nachdem
die exotherme Temperaturspitze der Reaktion erreicht wurde.
Die in den Beispielen beschriebenen Harze, die auf diese Weise hergestellt worden waren, wurden untersucht und folgende
Eigenschaften bestimmt:
(1) Molekulargewicht nach der kryoskopisehen Methode,
wobei Dioxan als Lösungsmittel verwendet wurde;
(2) das Epoxy-Äquivalentgewicht nach der Pyridiniumhydrochloridmethode;
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(3) die Harzfunktionalität durch Dividieren des Molekulargewichtes
durch das Epoxyäquivalentgewicht;
(4) i| hmelzpunkt nach der Durran-Quecksilbermethode;
(5) Viskosität und Farbe durch Auflösen der Harze in Butylcarbitol zu einer 40%igen Lösung und Bestimmung
der Viskositäts- und Farbwerte der Lösung durch Vergleich mit Gardner-öl-Standardwerten.
Die Ergebnisse der Bestimmung der erhaltenen, nicht-gehärteten Harze sind in Tabelle I zusammengefaßt.
Die nach den Beispielen erhaltenen Harze wurden auch durch Vermischen mit einem Härtungsmittel und Gießen der härtbaren
Mischungen zu Barren von 1,27 x 1,27 χ 15,24 cm und
Härten untersucht und die Hitzeverformungswerte entsprechend ASTM D 648-56, die Härte entsprechend dem Barcol-Härtetest
und die Wärmestabilität bei 2000C dadurch bestimmt, daß Würfel des gehärteten Harzes von 1,27 cm in
tar ierte Porzellantiegel eingebracht, das Gewicht der Würfel bestimmt, die Tiegel in einen Heißluftofen mit
zirkulierender Luft während bestimmter Zeiträume eingebracht und periodisch gewogen wurden, um die Gewichtsänderung zu bestimmen. Die mit den Gießstücken erhaltenen
Werte sind in Tabelle II zusammengefaßt.
Die gemäß den Beispielen erhaltenen Harze wurden weiterhin
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durch Vermischen mit einem Härtungsmittel und Bildung einer Schichtstruktur daraus untersucht, die entsprechend
Standardverfahren untersucht wurden. Das angewandte Schichtungsverfahren wird nachfolgend ausführlicher
beschrieben. Die mit den Schichtgebilden erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle III, IV und V zusammengefaßt.
Die Versuchsproben, die nur zur Erläuterung der Erfindung dienen, wurden auf folgende Weise hergestellt:
Ein Epoxy-Novolak-Harz, üblicherweise mit einem Durchschnitt
von 3,2 Oxirangruppen je Molekül und einem Durchschnittsmolekulargewicht von etwa 570 wurde hergestellt,
indem ein Novolakharz epoxydiert wurde. Das epoxydierte Novolak wurde dann mit einem halogenierten
einwertigen Phenol und einem Amin als Katalysator, üblicherweise
Triäthylamin, umgesetzt, wobei die Reaktionsteilnehmer in den in Tabelle I angegebenen Molarverhältnissen
und Reaktionsbedingungen eingesetzt wurden.
Der Prozentsatz Brom oder Chlor, das Molekulargewicht, Erweichungspunkt, Viskosität und Farbe, deren Bestimmung
vorstehend beschrieben wurde, wurden bei jeder Probe bestimmt und die Werte in Tabelle I aufgenommen.
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Fußnoten zu Tabelle I :
(1) 3,3 EN bedeutet ein Epoxy-Novolak-Harz mit einem
Durchschnitt von 3,3 Oxirangruppen je Molekül
(2) TEA bedeutet Triäthylamin
(3) Der Durchschnitt der Oxirangruppen wurde berechnet,
indem das experimentell bestimmte Molekulargewicht durch das experimentell bestimmte Epoxydäquivalentgewicht
dividiert wurde
(4) E.P. bedeutet Durran-Erweichungspunkt
(5) Viskositäts- und Farbwerte entsprechend der Gardner-Skala
wurden mit einer Lösung der Harze in Butylcarbinol von 40 Gewichts-% bestimmt
(6) Die Molarverhältnisse sind für die Halogenphenole in
der in der vorhergehenden Spalte angegebenen Reihenfolge angegeben, falls mehr als eines verwendet wurde
(7) 3,72 EN atellt ein Epoxy-Novolak-Harz mit einem Durchschnitt von 3,72 Oxirangruppen je Molekül dar
(8) 4,6 EN stellt ein Epoxy-Novolak-Harz mit einem Durchschnitt
von 4,6 Oxirangruppen je Molekül dar
(9) -Cl3PhOH bedeutet Trichlorphenol;
-Br2PhDH bedeutet -dibromphenol u.dgl.
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Aus Tabelle I ergibt sich, daß bei der umsetzung eines
halogenierten Phenoles mit einem Epoxy-Novolak-Harz unter
den dort angegebenen Temperatur- und Zeitbedingungen und in einer ausreichenden Menge, um mindestens etwa 12%
Brom (Beispiele 9 + 10) oder mindestens etwa 18% Chlor (Beispiele 1+2) oder einen vergleichbaren Prozentsatz
sowohl an Chlor als auch an Brom (Beispiele 4 + 6), jedoch in allen Fällen in einem molaren Verhältnis, bei
dem sichergestellt ist, daß nicht-umgesetzte Oxlrangruppen
für eine anschließende Vernetzung mit einem Härtungsmittel verbleiben, ein Harz mit einer ausreichenden Oxirangruppenfunktionalität
und Erweichungspunkt und einer geeigneten Viskosität und Farbe, falls in einem geeigneten organischen
Lösungsmittel gelöst, erhalten wird.
Die nach den in Tabelle I zusammengefaßten Beispielen erhaltenen
halogenierten Harze wurden nach ihrer Vermischung mit einer katalytischen Menge eines Lewis-Säure-Aminkomplexes
oder einer anderen Art von Härtungsmittel nach einem der folgenden Verfahren untersucht: Gießen
zu Barren, Verwendung als Schichtungsmittel zur Herstellung von Glastuchlaminarstrukturen oder als Oberflächenüberzüge.
Zu einigen Massen wurde gepulvertes Antimontrioxyd als Hilfsfeuerverzogerungsmittel zugemischt.
Die Gießstücke wurden auf folgende Weise hergestellt:
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BAD ORIGINAL
Die Harze wurden ausreichend erwärmt, um sie In Flüssigkelten
zu überführen, wozu eine Temperatur etwa 20 bis 30°C
höher als der in Tabelle I angegebenen Dürran-Erweichungspunkt
erforderlich war. Dann wurde der nachfolgend in Tabelle II aufgeführte Gewichteprosentsatz des Härtungsmittels
hierin eingemischt und das auf diese Heise erhaltene härtbare Harz in Formen von 1,27 χ 1,27 χ 15,24 cm gegjfossen
und unter den in der Tabelle aufgeführten Bedingungen gehärtet. Die Barren wurden dann nach Standardverfahren untersucht. Die Warraeverforaung wurde nach ASTM D 648-56 auf
einer Tinius-Olsen-Versuchseinrichtung, die Härte nach
der Barcol-Härteskala auf einem Barber-Coleman-Instrument
und die Izod-Schlagfestlgkeit nach ASTH D 256-56 bestirnt.
Die Wärmestabilität wurde auf die vorstehend aufgeführte Weise durch Bestimmung des Gewichtsverlustes bei 200°C
während bestimmter Zeiträume ermittelt. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle II zusammengefaßt.
- Tabelle II -
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Fußnoten Tabelle II:
(1) Bortrifluorid/Monoäthylaminkomplex mit 60 Gew.-% BF3
(2) Methylnadinsäureanhydrid, Warenbezeichnung für Methylcyclopentadien-Maleinsäureaddukt
(3) Benzyldimethylamin
Einige der Beispiele wurden wiederholt, wobei vor der Härtung etwa 0,5 bis 5,0 Gewichts-% Sb3O- zugegeben wurden,
Es konnte kein merklicher Einfluß auf die Festigkeitseigenschaften festgestellt werden. Jedoch wurde die Wärmestabilität
der Sb3O-J enthaltenden Harze stark gesteigert gegenüber
sonst vergleichbaren Harzen gemäß der Erfindung, die kein Sb3O3 enthielten.
Eine Anzahl der Beispiele wurde unter Verwendung eines Epoxyharzes wiederholt, welches durch Umsetzen von Epichlorhydrin
mit 4,4'-Isopropylidendiphenol in Gegenwart von wässrigem NaOH hergestellt worden war, anstelle der
Epoxy-Novolak-Harze. Das gehärtete Reaktionsprodukt dieser Epoxyharze und der halogenierten Phenole zeigte einen
so starken Abfall der Wärmestabilität und der Hitzeverformungstemperatur im Vergleich zu einem entsprechenden
erfindungsgemäß unter Verwendung von Epoxy-Novolak-Harzen
hergestellten Produkt, daß es zur Verwendung bei strukturellen Schichtgebilden ungeeignet war.
909843/1640
BAO OBlGlNAt
.Aus Tabelle II ergibt sich, daß unter Verwendung der
erfindungsgemäß erhältlichen Harze hergestellte Gießstücke gute Festigkeits-jHärte-, Hitzeverformungs- und
Wärmestabilitätswerte besitzen.
Es wurden dann Glastuchschichtgebilde hergestellt, wobei entsprechend einer Anzahl der Beispiele nach Tabelle
I hergestellte Harze als Beispiele für die Erfindung verwendet wurden, wobei das folgende Verfahren zur Anwendung
kam:
Ein entöltes und mit einer Chromatappretur zur Verbesse
rung der Harzhaftung behandeltes Glastuch mit einer Starr ke von etwa 0,22 mm wurde zu 25,4 cm breitenund 1,8 m langen
Streifen geschnitten. Zu Anteilen der erfindungsgemäß erhältlichen Harze wurden 2 bis 3 Teile, auf 100 Teile
Harz, eines Härtungsmittels - beispielsweise BFg-Monoäthylamin-Komplex
zugegeben. Das Harz wurde dann in Aceton gelöst, wobei Lösungen zwischen 55 und 60% Gesamtharzfeststoff
erhalten wurden. Die Glastuchstreifen wurden dann durch die Acetonlösung des verfestigbaren Harzes
gezogen und die Harzaufnahme mittels einer Abstreifwalzenanordnung eingestellt, wodurch auf dem Streifen anfänglich
etwa 40% Harz, bezogen auf das Gewicht des erhaltenen imprägnierten Bandes, abgelagert wurden. Die imprägnierten
Streifen wurden an der Luft über Nacht bei Raumtemperatur
909843/1640
BAD
zum Abdampfen des Lösungsmittels getrocknet. Sie wurden in Quadrate von 25,4 χ 25,4 cm geschnitten und einer
kurzen Vorhärtung während etwa 5 Minuten in einem Ofen von 120°C überlassen.
Die teilweise gehärteten Quadrate wurden dann gestapelt
oder aufgelegt nach dem bekannten Schachtelungeverfahren (nesting procedure), so dae sich eine Anzahl zwölfschichtiger Schichtgebilde ergab, welche zwischen Platten einer
Heißpresse gebracht wurden, wobei gerade ausreichend Druck hierauf angewandt wurde, um einen guten Kontakt
zwischen den einzelnen Schichten zu erhalten, beispiels-
weise etwa 1,4 kg/cm , und die Schichtgebilde bei einer Temperatur von etwa 150°C während Zeiträumen zwischen
etwa 17 und 30 Minuten gehärtet. Anschließend wurden die Schichtgebilde aus der Presse entnommen·und einer Nachhärtung
von 2 Stunden bei 150°C und anschließend 4 Stunden bei 180°C in einem Ofen unterworfen.
Die Biegungsfestigkeit wurde entsprechend Verfahren B
nach ASTM Test D 79O-58T bestimmt. Die interlaminale Scherung wurde bei Raumtemperatur entsprechend dem Aircraft Industries Association Research and Technical Committee Test Nr. ARTC VI bestimmt. Die Untersuchung auf Selbstauslöschung wurde entsprechend dem Boeing-Test BMS 8-5C durchgeführt, der eine Modifizierung des ASTM-Testes D 635-56T darstellt und wie folgt durchgeführt wird:
nach ASTM Test D 79O-58T bestimmt. Die interlaminale Scherung wurde bei Raumtemperatur entsprechend dem Aircraft Industries Association Research and Technical Committee Test Nr. ARTC VI bestimmt. Die Untersuchung auf Selbstauslöschung wurde entsprechend dem Boeing-Test BMS 8-5C durchgeführt, der eine Modifizierung des ASTM-Testes D 635-56T darstellt und wie folgt durchgeführt wird:
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8AD ORIGINAL
Streifen von 2,54 χ 20,32 cm von vierschichtigen harzimprägnierten
Glastuchschichtgebilden mit einer Stärke von 0,76 mm - 0,1 mm wurden mit ihrer Längsachse senkrecht
von punktförmigen Trägern etwa 1,27 cm von der Oberseite aufgehängt. Ein Bunsen- oder Tirrill-Brenner
mit geschlossenen Luftaufnahmeöffnungen, der so eingestellt war, daß sich eine gelbe Flamme von 3,8 cm Höhe
ergab, wurde zum Zünden des Probestückes verwendet. Während des Zündungszeitraumes wurde der Brenner unter die
Mitte des Bodenendes des Probestückes gestellt, wobei die Brennerspitze 2,5 cm darunter war, so daß 1/3 der
Flamme das Probestück berührte. Als ZündungsZeitraum
wurden 30 Sek. angewandt, worauf der Brenner entfernt wurde.
Die Probestücke wurden als selbstauslöschend (S.E.) bezeichnet,
wenn sie bei diesem Versuch folgende Bedingungen erfüllten:
(a) Die induzierte Flamme erlischt innerhalb 15 Sek. nach
Entfernung des Brenners;
(b) jegliches Nachglühen oder Glimmen hört innerhalb der nächsten 10 Sek. auf;
(c) Der verbrannte Abschnitt des Probestückes übersteigt
7,6 cm Länge nicht, gemessen vom Bodenende.
Die Ergebnisse der Untersuchungen der Schichtgebilde sind in der nachfolgenden Tabelle III zusammengefaßt:
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0791/878606
Eigenschaften der Schichtgebilde
Verwend. Harz
Art
Gew.-% Art
Härtungsmitte1
PHR'
Beisp. 4
Beisp. 7
Beisp.12
DEH 438
DEH 438
Beisp.11
DEN 438
DEN 438
Beisp.11
ünox 207
ünox 207
Beisp.20,e \
EN 4,6 t5'
Beisp.20,c» DER 661 lbJ
Beisp. 9
DEN 438
DEN 438
Beisp.15
Beisp.13
DEN 438
DEN 438
100
100
65
80 20
80 20
70 30
BF3:MEA
BF3:MEA
BF3:MEA
BF3:MEA
:MEA
BF3:MEA
70 BF, :MEA 30
78,5 MNA
21,5 B2DMA
40 60
:MEA
BF3:MEA
50,7 1
% Harzschi chtgebilde
Halogen-Gehalt
d.Harzes
d.Harzes
Vers,-Tgmp.
43,3
41,5
39,3 .
38,5
31,5
38,8
37,8
43,2
38,0
39,1
39,1
12,0% Cl
8,7% Br
8,7% Br
16,9% Cl
5,7% Br
5,7% Br
12,5% Cl
4,4% Br
4,4% Br
20,3% Cl
20,3% Cl
20,3% Cl
20,3% Cl
10,0% Br
20,3% Cl
20,3% Cl
20,3% Cl
10,0% Br
26,6% Br
10,0% Br
10,0% Br
25 127
25 127
25 150
25 150
25 150
25 150
25 150
25 127
25 127
25 127
Biegungs- Inter- Feuerbe- Sb3O3-
festigk. lam. ständig-
kg/cm Scherg. keit Sehalt
kg/cm
6699
6587 2058
4851 3724
4690 2345·
4553 1155
4865 2527
4998 735
5551 3150
6790 1736
5565 3892
241,5
198.1
217
S.E.
<2>
214,2 S.E.
S.E
228,2 S.E.
245 S.E.
187,6 S.E.
270,9 S.E.
275,1 S.E.
S.E
194,6 S.E.
ohne
2% 2%
ohne
2%
2%
ohne
2%
Fortsetztang
Verwend Harz |
Art | m | Härtungsmitte1 | PHR*1* | % Harz- schicht- gebil- de |
Halogen- Gehalt des Harzes |
Vers.- Temp. 0C |
Biegungs fest igk. kg/cm |
Inter- lam-r Scherg kg/cm |
Feuer- bestän- dig- keit |
Sb3O3- Gehalt |
Belsp.l4 DEN 438 |
Gew.-% | Art | 4 | 41,8 | 12% Br | 25 150 |
5516 3815 |
240,1 | S.E. | ohne | |
Beisp.16 DEN 438 |
47,5 52,5 |
DiCY | 3 | 35,8 | 12% Br | 25 150 |
5943 46ο 6 |
198,1 | S.E. | η | |
Beisp.16 DEH 438 |
42 58 |
BF3:MEA | 3 | 37,8 | 12% Br | 25 150 |
5992 3675 |
238 | S.E. | Il | |
Beisp.16,-* EN 3.72 K" |
42 58 |
DiCY | 3 | 34,6 | 12% Br | 25 150 |
6258 4011 |
238 | S.E. | Il | |
42 58 |
DiCY |
(1) PHR = Teile je 100 Teile Harz
(2) S.E. = Selbstauslöschend nach dem angewandten Standardverfahren
(3) DEN 438 = Epoxy-Novolak-Harz mit einer Epoxydfunktionalität v. etwa 3,3
(4) UNOX 207 = Dicyclopentadiendioxyt
(5) EN 4,6 β Epoxy-Novolak- m. einer Epoxydfunktionalität v. etwa 4,5
(6) DER 661 β Polyäther von Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem Epoxydäquivalent-
gewicht v. 475 bis 575
(7) EN 3.72 = Epoxy-Novolak-Harz m. einer Epoxydfunktionalität von etwa 3.72
Eine Reihe von Untersuchtingen wurde durchgeführt, um den Einfluß des Vorhandenseins eines zusätzlichen Feuerverzögerungsmittels
in den erfindungsgemäß erhältlichen Massen zu zeigen. Bei den nachfolgenden Beispielen wurde das
entsprechend Beispiel 20 hergestellte chlorhaltige Harz mit Epoxy-Novolak 438 in unterschiedlichen Gewichtsanteilen
vermischt, so daß sich der in Tabelle IV angegebene Prozentsatz Chlor in dem fertigen Harz ergab, und hiermit
der Prozentsatz von Antimonoxyd, bezogen auf das Gewicht des hergestellten Harzes, zugegeben, der in Tabelle IV
angegeben ist. Schichtgebilde wurden nach dem vorstehenden Verfahren hergestellt mit der Ausnahme, daß sie vierschichtig
anstelle zwölfschichtig waren. Die auf diese Weise hergestellten Schichtgebilde wurden nach BMS 8-5C auf
Selbstauslöschung untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV aufgeführt.
Zusätzliche Beispiele wurden weiterhin durchgeführt, um den Einfluß des Vorhandenseins von Antimonoxyd in einem
erfindungsgemäß erhältlichen bromhaltigen Harz zu zeigen, wozu das gemäß Beispiel 9 hergestellte Harz mit einem Epoxy-Novolak-Harz
in verschiedenen Gewichtsanteilen vermischt wurdem um die in Tabelle IV aufgeführte prozentuelle Menge
Brom in dem Harzgemisch zu ergeben. Die Schichtgebilde wurden wie vorstehend aufgeführt hergestellt und auf Selbstauslöscheignung
nach BMS 8r5C untersucht. Auch diese Ergebnisse sind in Tabelle IV aufgenommen.
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BAD ORIGINAL
15435H
Beisp. Gew.-% Gew.-% Sichtb. Flam-
Nr. | Chlor | Sb2°-3- | me in Sekunden | Höhe | der versengten in cm (inen) |
Zone | (0,6) | ||||
59 | 20 | 2 | 0 | 1,52 | (0,6) |
60 | 15 | 2 | 0 | 1,52 | (0,6) |
61 | 10 | 2 | 0 | 1,52 | — |
62 | 7 | 2 | brennt | -_ | (0,7) |
63 | 15 | 5 | 0 | 1,78 | (1,1) |
64 | 10 | 5 | 0 | 2,8 | (1,7 |
65 | 7 | 5 | 9,8 | 4,3 | |
Gew.-% Brom |
(1,3) | ||||
66 | 10 | 2 | 0 | 3,3 | (1,8) |
67 | 8 | 2 | 0 | 4,6 | (3,9) |
68 | 6 | 2 | 26 | 9,9 | — |
69 | 4 | 2 | brennt | — | (1,3) |
7O | 8 | 5 | 0 | 3,3 | (1,2) |
71 | 6 | 5 | 2 | 3,05 | (3,5) |
72 | 4 | 5 | 16 | 8,9 | __ |
73 | 3 | 5 | brennt | __ |
Aus Tabelle IV ist ersichtlich, daß die bevorzugte Menge an Antimonoxyd in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zwischen
2 und 5% liegt und daß, falls diese Menge vorhanden ist, nicht mehr als etwa 7% Brom oder nicht mehr als etwa 10% Chlor
909843/1640
vorhanden sein müssen, um SeIbstauslöschung des erfindungsgemäß
erhältlichen Harzes zu ergeben.
TJm die Eignung der erfindungsgemäß erhältlichen Harze zum
überziehen oder für überzüge zu zeigen, wurden diese
Harze in einer Filmform mit Triäthylentetramin (TETA) gehärtet und auf Härte und chemische Beständigkeit untersucht.
Die Härteuntersuchung wurde durchgeführt, indem das Harz und eine geeignete Menge TETA in die
Diäthylenglycolmonobutyläther zu einer Lösung mit 50% Feststoff gelöst wurden, die Lösung auf eine Glasplatte
aufgestrichen, das Lösungsmittel abgedampft und der Film der Härtung bei Raumtemperatur während 3 Tagen
überlassen wurde. Die Härte wurde dann mit dem gehärteten Harzfilm unter Verwendung des Sward-Härteuntersuchungsgerätes
bestimmt. Die Untersuchungen auf chemische Beständigkeit wurden ausgeführt, indem Filme von
mit Katalysator versehenen Harzlösungen auf Mikroskopträger durch Eintauchen aufgetragen wurden, die Filme
während 16 Stunden bei 50°C gehärtet und dann der gehärtete Harzfilm während 3 Tagen bei Raumtemperatur
folgenden korrosiven Stoffen ausgesetzt wurde:Kerosin,
Aceton, und 10 Gew.-% NaOH in Wasser. Das Eintauchen in Kerosin hatte keinen Einfluß auf irgendeinen der Filme;
bei Aceton zeigte sich ein geringer Verlust der Haftung der Filme an dem Glas; die wässrige NaOH-Lösung verur-
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sachte einige Absplitterung am Rande entlang den Kanten der Glasplättchen, während sonst die Filme klar und unangegriffen
verblieben. In Tabelle V sind die Ergebnisse zusammengefaßt.
Verwend. | g TETA+Je | Tabelle | V | Sward - | Härte | Std.b.100 C | |
Beisp. | Harz | 100 q Harz | Std. b.50° | C n.l | 83 79 |
||
Nr. | Beisp.11 16 |
3,8 4,6 |
n. 15 | 68 65 |
|||
74 75 |
|||||||
'ΤΕΤΑ = Triäthylentetramin
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Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung feuerverzogernder oder feuerbeständiger
Epoxyharze durch umsetzung von Epoxy-Novolak-Harzen mit halogenierten Phenolen, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein bromiertes oder chloriertes Monophenol in einer Menge verwendet, die zur Verminderung der vorhandenen
Oxirangruppen auf weniger als durchschnittlich 2 Oxirangruppen je Molekül nicht ausreicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das halogenierte Monophenol in einer Menge verwendet
wird, die mindestens 10 Gew.-% Brom oder mindestens 18 Gew.-% Chlor ergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung durch ein ter£tiäres Arain als Katalysator
eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halogenmonophenol Dibrom-, Tribrom-, Tetrabrom-,
Pentabrom-, Trichlor-, Tetrachlor- und Pentachlorphenol
oder Gemische davon verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, flaß zusätzlich 0,05 bis 0,35 Mol eines Dihydroxyphenols
je Mol vorhandenen Epoxy-Novolak-Harag* verwendet wird.
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BAD
6. Verfahren nach Anspruch 5f dadurch gekennzeichnet, daß
als Dihydroxyphenol 4,4•-Isopropylidendiphenol oder ein
halogeniertes 4,4'-Isopropylidendiphenol verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxyharzmasse zusätzlich ein weiteres Feuerverzögerungsmittel
zugesetzt wird.
909843/1640
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
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DE1543514A1 true DE1543514A1 (de) | 1969-10-23 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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GB (1) | GB1125632A (de) |
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- 1961-11-02 US US149493A patent/US3252850A/en not_active Expired - Lifetime
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- 1966-02-22 GB GB7763/66A patent/GB1125632A/en not_active Expired
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- 1966-03-22 BE BE678222D patent/BE678222A/xx unknown
- 1966-03-23 DE DE19661543514 patent/DE1543514A1/de active Pending
Also Published As
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GB1125632A (en) | 1968-08-28 |
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