DE2113998C3 - Photopolymerisierbare Form- oder Überzugsmassen aus ungesättigten Polyestern - Google Patents

Photopolymerisierbare Form- oder Überzugsmassen aus ungesättigten Polyestern

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DE2113998C3 DE2113998A DE2113998A DE2113998C3 DE 2113998 C3 DE2113998 C3 DE 2113998C3 DE 2113998 A DE2113998 A DE 2113998A DE 2113998 A DE2113998 A DE 2113998A DE 2113998 C3 DE2113998 C3 DE 2113998C3
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Description

OX
worin R = H, Alkyl, Aryl und Aralkyl, Hydroxymethyl und X = Alkyl, Aryl und Trimethylsilyl und H sind, wobei R und X nicht zugleich H sein sollen, R1 und R2 gleich oder verschieden sind ur.d Wasserstoff, niederes Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Methoxy oder Halogen bedeuten, sowie ggf. weiteren üblichen Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die ungesättigten Polyester mindestens 26 Gewichtsprozent Fumarsäurereste, mindestens 10 Gewichtsprozent Reste von Diallyläthern mehrwertiger Alkanole und mindestens 22 Gewichtsprozent Reste gesättigter äthergruppenhaltiger mehrwertiger Alkanole und/oder deren Monoalkyläther enthalten.
Nach der deutschen Auslegeschrift 10 24 654 sind Mischungen aus ungesättigten Polyestern und anpolymerisierbaren, monomeren Verbindungen bekannt, die unter Zusatz von Hilfsmitteln an der Luft zu trockenen Formteilen und/oder Überzügen katalytisch ausgehärtet werden können. Kennzeichnendes Merkmal der hierbei verwendeten ungesättigten Polyester ist ein Gehalt an oy?-ungesättigen Carbonsäureestern und ^ungesättigten Ätherresten.
In zahlreichen anderen Abhandlungen werden Verfahren beschrieben, in denen Mischungen aus ungesättigten Polyestern mit anpolymerisierbaren monomeren Verbindungen durch UV-Licht gehärtet werden können. Dabei dienen in der Regel sogenannte Photoinitiatoren als polymerisationsauslösende Hilfsmittel. Beispiele für diese Photoinitiatoren sind unter anderem Schwefelverbindungen, z. B. O-Alkylxanthogensäureester, die in ^-Stellung zum Schwefelatom durch eine Doppelbindung aktiviert sind, aromatische Disulfide und aromatische Gruppen enthaltende Thioäther; bestimmte Halogenverbindungen sowie Benzoin und seine Derivate. Letztere sind als besonders wirksam hervorzuheben.
Eine verbesserte Verfahrensvariante für die Polyesterhärtung ist gemäß der deutschen Auslegeschrift 16 94 149 dadurch gekennzeichnet, daß man Gemische aus ungesättigen Polyestern und anpolymerisierbaren Monomeren unter Zusatz von bestimmten Benzoinverbindungen mit UV-Licht bestrahlt und somit in kürzester Zeit aushärten kann.
Seit einigen Jahren existieren großtechnische Bestrahlungsapparaturen, mit deren Hilfe, Überzüge aus paraffinhaltigen Mischungen ungesättigter Polyesterharze und anpolymerisierbaren Monomeren innerhalb von 2 Minuten ausgehärtet werden können. Es gelang so, außerordentlich kurze Taktzeiten der Verarbeitung zu erreichen.
Bisher war es nicht möglich, lufttrocknende Mischungen aus ungesättigten Polyestern und anpolymerisierbaren Monomeren, die in den Beispielen der deutschen Auslegeschrift 10 24 654 beschrieben sind, so reaktiv einzustellen, daß sie mit den extrem kurzen Taktzeiten der paraffinhaltigen Polyester verarbeitet werden können.
Dies stand ihrer technischen Anwendung bislang im Wege.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß durch die Auswahl einer bestimmten Komponentenmischung bei der Herstellung der ungesättigten Polyesterharzmischung gemäß der deutschen A'rJegeschrifl 10 24 654 eine unerwartete Reaktivitätssteigerung einritt, die so groß ist, daß der technische Einsatz lichthärtender, lufttrocknender, ungesättigter Polyesterharzmischungen in Bestrah!iingsan!agen mit extrem kurzen Taktzeiten, d. h. mit Taktzeiten von 2 Minuten und weniger, nun nicht mehr in Frage gestellt ist
Gegenstand der Erfindung sind dk durch den Patent-
anspruch definierten Form- oder Überzugsmassen, die als Photoinitiatoren bereits bekannte Benzoinderivate enthalten.
Als /^ungesättigte Äther mehrwertiger Alkohole sind z. B. die Diallyläther von Trimethylolpropan und Glycerin und als Beispiele gesättigter äthergruppenhaltiger Alkanole Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Tetraäthylenglykol, Dipropylenglykol sowie die Monoalkyläther dieser Alkanole zu nennen.
Neben den Fumarsäureestern, die gegebenenfalls auch durch Umlagerung von Maleinsäureestern erzeugt werden, können in den Polyestern auch andere Säurereste wie z. B. solche der Phthalsäure. Adipinsäure, Terephthalsäure, Maleinsäure oder Tetrahydrophthalsäure enthalten sein. Dabei ist aber zu beachten, daß durch ακ Mitverwendung gesättigter oder aromatisch ungesättigter Carbonsäurereste die Reaktivität des Polyesterharzes in erkennbarem Maße nachläßt.
Weiterhin können äthergruppenfreie Alkohole in untergeordnetem Maße mitverwendet werden. Beispiele hierfür sind Polyole wie Äthylenglykol, Propandiol-1,2, Butandiol-1.3, Butandiol-1,4, Glycerin. Trimethylolpropan. Pentaerythrit und Neopentylglykol.
Unter anpolymerisierbaren monomeren Verbindungen sind die in der Polyestertechnik üblichen ungesättigten Verbindungen mit gegebenentalls in «-Stellung substituierten Vinylgruppen oder in/^-Stellung substituierten Allylgrunpen, wie z. B. Styrol, Vinyltoluol, Divinylbenzol. Vinylacetat, Acrylsäure und deren Ester, Acrylnitril, Methacrylsäure und deren entsprechende Derivate sowie Allylester wie Allylacetat, Allylacrylat. Phthalsäurediallylester, Triallylphosphat und Triallylcyanurat zu verstehen.
Beispiele für geeignete Initiatoren (s. auch deutsche Auslegeschrift 16 94 149 und belgische Patente 7 36 606, 7 36 607. 7 41 341) sind Benzoin-methyläther, -äthylä- ther, -sek-bütyläther, n-propylather, -isopropyläther, ^-butyläther, -isobutyläther und -phenyläther; ar-Methylbenzoinmethyläther, ar-Phenylbenzoinäthyiäther, <x-Phenylbenzoinmethyläther, Λ-Benzylbenzoinäthyläther, rtT-Hydroxymethylbenzoin un>d -isopropyläther, Benzointrimethylsilyläther, Λ-Metylbenzointrimethylsilyläther, iv-Äthylbenzointrimethylsilyläther, «-Phenylbenzointrimethylsilyläther, 4,4'-DimethylbenzointrimethyI-
silyläther.^'-Dimethoxybenzointrimethylsilyläther.
Die photopolymerisierbaren Gemische können durch Zusatz üblicher Inhibitoren, wie p-Benzochinon, Hydrochinon, 3-MethyIbrenzcatechin oder Metallverbindungen, in den bekannten Mengen stabilisiert sein und sonstige übliche Zusätze enthalten. Gegebenenfalls können auch Polymerisationskatalysatoren, z. B. Peroxide, in Mengen von etwa 0,1 bis etwa 4 Gewichtsprozent mitverwendet werden. Geeignete Peroxide sind z. B. tert-Butylperbenzoat, Dicumylperoxid, Benzoylperoxid, Lauroylperoxid, insbesondere Methyläthylketonperoxid und Cyclohexanonperoxid. Ferner ist die Mitverwendung von Peroxiden, namentlich Methyläthylketonperoxid, vornehmlich dann zu empfehlen, wenn es erwünscht ist, geringfügige Verfärbungen der Härtungsprodukte, wie sie beim Bestrahlen, unter Umständen aber auch beim Lagern, durch Lichteinwirkung auftreten können, auszuschalten.
In Verbindung mit der Verwendung von Ketonperoxiden könneis λιγ beschleunigten Durchhärtung Meialiverbiuuungen, wie Kobalt-, Zirkon- und Vanadännaphthenat, oder Metallchelate, wie Kobalt- und Zirkonacetylacetonat, zugesetzt werden. Bei gleichzeitiger Anwesenheit von Peroxiden und Metallbeschleunigern ist die Lagerstabilität der Massen allerdings herabgesetz. Es empfielt sich deshalb, bei der Herstellung von Lacküberzügen nach der sogenannten Aktivgrundmethode zu arbeiten, bei der die Oberzugsmasse auf eine zuvor auf den Untergrund aufgetragene, peroxidhaltige Schicht aufgebracht wird.
Zum Schutz -Ύ,\ lichtempfindlichen Untergründen, z. B. hellen Hölzern, können den Form- und Überzugsmassen geringe Mengen üblichei UV-Absorber zugesetzt werden, ohne da3 die Reaktivität wesentlich beeinträchtigt wird. Ferner können geringe Mengen an üblichen Träger- und Füllstoffen sowie Thixotropiermitteln, wie Glasfasern, synthetischen Fasern, Kieselsäure und Talkum, während der Photopolymerisation zugegegen sein.
Als Strahlungsquellen zur Durchführung der Photopolymerisation können natürliches Sonnenlicht oder künstliche Strahler, deren Emission im Bereich von 250 bis 500 nm, vorzugsweise 300 bis 400 nm liegt, verwendet werden. Geeignet sind z. B. Quecksilberdampf-, Xenon- und Wolfram-Lampen. Auch unter der ultravioletten und sichtbaren Strahlung von energiearmen Leuchtstofflampen mit einer Emission von 300 bis 580 nm härten die erfindungsgemäßen Massen rasch zu nahezu farblosen Form- und Überzugsteilen aus.
Bei der Herstellung von Formteilen aus den erfindungsgemäßen sensibilisierten Massen wirkt sich besonders vorteilhaft aus, daß die Massen durch entsprechend dosiertes Bestrahlen ohne nennenswerte Wärmetönung ausgehärtet werden können, wodurch auch größere Formteile rißfrei erhalten werden. Bei Abwesenheit von Peroxiden und Metallbeschleunigern kann die Härtung gegebenenfalls auch durch Abdunkeln unterbrochen und nach einer Lagerung der so erhaltenen Vorpolymerisate zu beliebiger Zeit zu Ende geführt werden.
Beispiel la
Herstellung des Polyesters
2550 Gewichtsteile Fumarsäure und 451 Gewichtsteile Propylenglykol-1,2 werden unter Überleiten von Stickstoff langsamauf 1500C erhitzt. Bei dieser Temperatur gibt man 1441 Gewichtsteile Diäthylenglykol, 941 Gewichtsteile Trimethylolpropan-diallyläther, 428 Gewichtsteile Diäthylenglykolmonobutyläther und 034 Gewichtsteile Hydrochinon hinzu. Man erhöht die Innentemperatur pro Stunde um 10° auf 1800C und kondensiert bis 98% des theoretischen Kondensats freigesetzt worden sind.
Eine gute Kontrolle über den Stand der Veresterung erlauben auch Messungen der Viskosität und Säi-rezahl.
Man bricht die Polykondensation am besten bei einer Viskosität von 19,5 s, gemessen in 50gew.-°/oiger Lösung in Styrol nach DIN 53 211 im DIN-4-Becher oder bei einer Säurezahl von 30 ab.
Den auf 1400C abgekühlten Polyester verdünnt man O%ig mit Styrol, stabilisiert mit 031 Gewichtsteilen Hydrochinon und versetzt 2,5o/oig mit verschiedenen Benzoinderivaten.
Die so erhaltenen Lösungen der Polyester we-den mit einem Filmzieher zu 500 μπι dicken Schichten auf Glas aufgezogen und im Abstand von 8 cm mit einer superaktinischen Leuchtstoffröhre (Philips TLAK. 40 Watt) 90 s und anschließend 30 s mit einem Quecksilberhochdruckbrenner (Philips HTQ 70 cm) bestrahlt Nach einer Stunde werden die Pendelhärten nach Albert-Koenig gemessen; sie werden als ein Maß für die Aushärtung des Polyesters angesehen. Für die verschiedenen Photoinitiatoren sind die Pendelhärten in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:
Zusatz, in Gewichtsprozent,
bezogen auf Harzlieferform
Pendelhärten ins
2,2 Benzoinisopropyläther 107
2,2 Benzoin-sek--butyläther 102
22 Benzoinäthyläther 102
22 Benzoincyclohexyläther 93
22 Λ-Methylbenzointrimethylsilyläther 100
22 Λ-Methylolbenzoin 105
22 4,4'-Dimethylbenzoinisopropyläther 104
Nach einer Gesamtbelichtungszeit von 120 s besitzen die Überzüge eine kratzfeste und nagelharte Oberfläche.
Beispiel Ib
(Vergleichsbeispiel)
Ein durch Kondensieren von 1765 Gewichtsteilen Maleinsäureanhydrid, 756 Gewichtsteilen Glykol, 405 Gewichtsteilen 13-ButandioI und 1540 Gewichtsteilen Trimethylolpropan-diallyläther in Gegenwart von 0,83 Gewichtsteilen Hydrochinon gewonnener, ungesättigter Polyester wird 7Ogew.-°/oig in Styrol gelöst
100 Gewichtsteile der erhaltenen Lieferform und 1 Gewichtsteil Kobaltnaphthenatlösung (20gew.-%ig in Toluol) werden mit 22 Gewichtsteilen Benzoinisopropyläther vermischt
Wie unier la ausgehärtet, erhält man Filme mit Pendelhärten nach Albert-Koenig von 22 s.
Beispiel 2
2550 Gewichtsteile Fumarsäure und 451 Gewichtsteile Propylenglykol-1,2 werden in einem Vierhalskolben mit Rührer, Thermometer, Stickstoffeinleitung und absteigendem Kühler-unter Überleiten von Stickstoff auf
50° C erhitzt. Man steigert die Innentemperatur stündlich um 10° bis 150°C und fügt 1441 Gewichtsteile Diäthylenglykol, 757 Gewichtsteile Glycerindiallyläther, 428 Gewichtsteile Diäthylenglykolmonobutyläther und 032 Gewichtsteile Hydrochinon hinzu. Bei steigender Innentemperatur bis auf 1700C wird so lange polykondensiert, bis eine Viskosität von 19,5 s, gemessen in 5Ogew.-°/oiger Lösung in Styrol nach DIN 53 211 im DIN-4-Becher und eine Säurezahl von 32 erreicht sind. Man löst 6570Ig in Styrol und versetzt 2ß°Mg mit Benzoinisopropyläther. Anschließend wird so verfahren wie unter Beispiel la beschrieben. Man erhält einen Film mit dev Pendelhärte nach Albert Koenig von 84 s.
30
35
40
45
50

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Photopolymerisierbare Form- oder Oberzugsmassen aus ungesättigten Polyestern, welche ccß-ungesättigte Dicarbonsäurereste, Reste mehrwertiger Alkohole und /^ungesättigte Ätherreste enthalten, anpolymerisierbaren monomeren Verbindungen und Photoinitiatoren der allgemeinen Formel
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