WITTENBECHER, Lars (Düsseldorfer Straße 12, Düsseldorf, 40545, DE)
HENNINGSEN, Michael (Tulpenstr.7, Frankenthal, 67227, DE)
FLICK, Dieter (Anne - Frank - Str. 44, Böhl-Iggelheim, 67459, DE)
GEISLER, Joerg-Peter (Frieda-Nadig-Straße 10a, Bingen, 55441, DE)
SCHILLGALIES, Juergen (Kressenstraße 3, Moers, 47445, DE)
JACOBI, Erhard (Schöne Aussicht 10, Hünstetten, 65510, DE)
DAUN, Gregor (Im Biengarten 29, Neckargemünd, 69151, DE)
WITTENBECHER, Lars (Düsseldorfer Straße 12, Düsseldorf, 40545, DE)
HENNINGSEN, Michael (Tulpenstr.7, Frankenthal, 67227, DE)
FLICK, Dieter (Anne - Frank - Str. 44, Böhl-Iggelheim, 67459, DE)
GEISLER, Joerg-Peter (Frieda-Nadig-Straße 10a, Bingen, 55441, DE)
SCHILLGALIES, Juergen (Kressenstraße 3, Moers, 47445, DE)
JACOBI, Erhard (Schöne Aussicht 10, Hünstetten, 65510, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern umfassend folgende Schritte I) Bereitstellung einer Form, II) Einbringen eines Blends enthaltend ein oder mehrere Epoxidharze und eine Mischung in die Form nach Schritt I), III) Härtung des in der Form enthaltenden Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in Schritt II) eine Härterkomponente b) und 0,3 bis 0,9 Aminäquivalent, pro Äquivalent Epoxid des eingesetzten Epoxidharzes im Blend des Schritt II), an einer Härterkomponente a) enthält, wobei die Härterkomponente a) ein oder mehrere Amine mit einer Funktionalität > 2 enthält und mindestens ein Amin beim stöchiometri- schen Vermischen mit dem Epoxidharz im 100 g Ansatz bei Raumtemperatur zu einer Aushärtungszeit von weniger als 24 h führt und die Härterkomponente b) mindestens eine Verbindung der Formel I (I) enthält, wobei R1 bis R3, R5 und R6 unabhängig voneinander einen organischen Rest mit 1 bis 20 C- Atomen und Wasserstoff bedeutet und R4 ausgewählt ist aus der Gruppe von einem organischen Rest mit 1 bis 20 C-Atomen und einer -C(NH)NR5R6 Gruppe. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, das die Form in Schritt I) und/oder das Blend in Schritt II) verstärkendes Material enthält, wobei das Blend aus Schritt II) das verstärkende Material durchdringt und/oder mit diesem vermischt ist. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente a) ausgewählt ist aus der Gruppe von Aminen mit einer Funktionalität > 2. 2. Abb. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente a) mindestens zwei Härterkomponenten a1 ) und a2) enthält, wobei die Härterkomponente a1) ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyethera- minen mit einer Funktionalität > 2 und die Härterkomponente a2) ausgewählt ist aus der Gruppe von weiteren Aminen mit einer Funktionalität > 2. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R1 bis R3, R5 und R6 der Verbindungen der Formel I unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe von Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, sec- Butyl, Phenyl, o-Tolyl und R4 ausgewählt ist aus der Gruppe von Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, sec- Butyl, Phenyl, o-Tolyl und einer -C(NH)NR5R6- Gruppe. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente b) bezogen auf den Gewichtsanteil der Mischung in Schritt II) 5 bis 55 Gew.-% beträgt. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung des Blends aus Schritt II) als Härterkomponente a1 ) ein Polyetheramin mit einer Funktionalität von > 2 ausgewählt aus der Gruppe von 3,6-dioxa-1 ,8- octandiamin, 4,7,10-Trioxa-1 ,13-tridecandiamin, 4,7- Dioxa-1 ,10-decandiamin, 4,9-Dioxa-1 ,12-docecan- diamin, Polyetheramin auf der Basis von Triethy- lenglykol mit einer mittleren Molmasse von 148, di- funktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufge- pfropften Ethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 176, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 4000, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropften Polyethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 2003, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylengylkol mit einer mittleren Molmasse von 900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem PoIy- ethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 600, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropften Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylen- etherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetra- methylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1900, aliphatischem Po- lyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Po- ly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400, Polyethertri- amin auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400, aliphatischem Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von mit Butylenoxid aufgepfropften Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219, Polyetheramin auf der Basis von Pentae- rythrit und Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 600, difunktionellem, primären Polyetheramin auf Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 2000, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, tri- funktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethylolpro- pan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Glycerin gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH- Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 5000 und einem Polyetheramin mit einer mittleren Molmasse von 400 hergestellt durch Aminierung von PoIyTHF, das eine mittlere Molmasse von 250 aufweist, als Härterkomponente a2) ein weiteres Amin mit einer Funktionalität > 2 aus- gewählt aus der Gruppe von 1 ,12-Diaminododecan, 1 ,10-Diaminodecan, 1 ,2-Diaminocyclohexan, 1 ,2- Propandiamin, 1 ,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan, 1 ,3- Propandiamin, 1- Methyl-2,4-diaminocyclohexan, 2,2'-Oxybis(ethylamin), 3,3'-Dimethyl-4,4'-diamino- dicyclohexylmethan, 4,4'-Methylendianilin, 4-Ethyl-4- methylamino-1-octylamin, Diethylentriamin, Ethylen- diamin, Hexamethylendiamin, Isophorondiamin, Menthendiamin, Xylylendiamin, N-Aminoethyl- piperazin, Neopentandiamin, Norbornandiamin, Oc- tanmethylendiamin, Piperazin, 4,8-Diamino- tricyclo[5.2.1.0]decan, Tolylendiamin, Triethylen- tetramin, Trimethylhexamethylendiamin und als Härterkomponente b) 5 bis 55 Gew.-% der Verbindung der Formel I, bezogen auf die Mischung, wobei das Verhältnis von a1) zu a2) im Bereich von 0,1 bis 10 zu 1 liegt, enthält. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Härterkomponente a1) ein Polyetheramin mit einer Funktionalität > 2 eingesetzt wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe von difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropftem Diethy- lenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylengylkol mit einer mittleren Molmasse von 900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copo- lymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Co- polymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetra-methylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400, Polyethertriamin auf der Basis eines mit Butylen- oxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400, aliphatischem Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von mit Buty- lenoxid gepfropften Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mitt- leren Molmasse von 230, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Tri- methylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403 und Polyetheramin auf Basis von Propylenoxid und Glycerin mit einer mittleren Molmasse von 5000. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Härterkomponente a1) ein Polyetheramin aus gewählt aus der Gruppe von Polye- theramin D 230, Polyetheramin D 400, Polyetheramin T 403 und Polyetheramin T 5000 und als Härterkomponente a2) ein weiteres Amine ausgewählt ist aus der Gruppe von Isophorondiamin, Aminoethylpiperazin, 1 ,3-Bis(aminomethyl)cyclo- hexan und Triethylentetraamin und als Härterkomponente b) Tetramethylguanidin eingesetzt wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen in die Form nach Schritt II) die Infusionstechnologie eingesetzt wird. |
Beschreibung
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, wobei zum Aushärten der Form ein Blend eingesetzt wird, dass ein oder mehrere Epoxidharze und eine Mischung enthält und innerhalb der Mischung die Härtungskomponente a) im Bereich von 0,3 bis 0,9 Aminäquivalent pro Äquivalent Epoxid des eingesetzte Epoxidharzes, eingesetzt wird und die Härterkomponente b) eine Verbindung der Formel I ist.
Die Aminhärtung von Epoxidharzen wird in unterschiedlichsten Bereichen genutzt. So wird die Aminhärtung der Epoxidharze bei Klebstoffen, zur Aushärtung von Gießharzen in speziellen Formen als auch zur Versiegelung von Oberflächen und vor Umwelteinflüssen zu schützenden Bauteilen eingesetzt.
Ein spezielles großes Anwendungsgebiet der Aminhärtung von Epoxidharzen ist die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen. Faserverstärkte Kunststoffe werden eingesetzt als Werkstoffe für Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe und Boote, für Sport- artikel und Rotorblätter von Windkraftanlagen.
Die Herstellung großer Bauteile stellt besondere Anforderungen an den Härter bzw. die Härtermischung, da während der Verarbeitungszeit die Viskosität nicht so stark ansteigen darf, dass entweder die Fasern nicht ausreichend benetzt werden oder aber die Form nicht vollständig gefüllt ist, bevor das Epoxidharz nicht mehr verarbeitbar ist. Gleichzeitig soll die Zykluszeit (Verarbeitung und Härtung) nicht negativ beeinflusst werden. Es besteht daher ein großer Bedarf an Mischungen, die in der Lage sind, die Aushärtung des Epoxidharzes in jeglichen Systemen exakt zu kontrollieren und einzustellen.
H. Klein beschreibt in „Huntsman Amine Overview", Huntsman, June 19, 2007, Beijing Epoxy Conference, dass primäre und sekundäre Diamine und Polyetheramine zur Härtung von Epoxidharzen allgemein eingesetzt und verwendet werden können. Ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, bei denen ein Blend eingesetzt wird in dessen Mischung die Härterkomponente a) im Bereich von 0,3 bis 0,9 Aminäquivalent pro Ä- quivalent Epoxid des eingesetzte Epoxidharzes, eingesetzt wird, und die Härterkomponente b) eine Verbindung der Formel I ist, wird jedoch nicht beschrieben.
B. Burton, D. Alexander, H. Klein, A. Garibay Vasquez und C. Henkee beschreiben in der Produktbroschüre „Epoxy formulations using Jeffamine Polyetheramines", Hunts- man, April 21 , 2005 die stöchiometrische Verwendung von Polyetheraminen bzw. Mischung aus Polyetheraminen und anderen Diaminen wie Isophorondiamin (IPDA) als eine besondere Form der Aminhärtung von Epoxidharzen. Hierbei handelt es sich um Zweikomponentensysteme, bei denen das Amin bzw. die Aminmischung unmittelbar vor der Härtung dem Epoxidharz zugesetzt wird und zwar in Mengen, die genauso viele aktive Aminfunktionen in der Aminmischung wie aktive Epoxid-Funktionen in den Epoxiden enthalten.
In Härterformulierungen aus Polyetheraminen und IPDA bewirkt letzteres einerseits eine höhere Geschwindigkeit der Härtung und andererseits werden in den ausgehärteten Harzen höhere Glasübergangstemperaturen beobachtet, was zu einer höheren Temperaturbeständigkeit der ausgehärteten Produkte führt die bei einigen Anwendungen wie beispielsweise der Herstellung von Rotorblättern gefordert werden, als das bei einer Härtung bei vergleichbarer Temperatur mit reinem Polyetheramin der Fall ist.
Verglichen mit der Härtung von Epoxidharzen durch Polyetheramine bedingt der Zusatz von IPDA neben einer höheren Glasübergangstemperatur der ausgehärteten Harze jedoch auch eine raschere Aushärtung, was mit einem schnelleren Anstieg der Viskosität einhergeht. Dadurch wird die Zeit, in der das Blend aus Epoxidharz und Här- ter/Härtermischung noch verarbeitbar ist, verringert. Nachteilig bei solchen Härtermi- schungssystemen ist daher, dass die Herstellung großer Bauteile, wie Rotorblätter, möglicherweise nicht gelingt, da der Infusionsprozess aufgrund der Viskositätsentwicklung unvollständig bleibt.
Die Geschwindigkeit der stöchiometrischen Aushärtung von Epoxidharzen mit Aminen kann auch gesteigert werden, indem dem Blend tertiäre Amine zugesetzt werden, die als Beschleuniger fungieren. Auch dieser Zusatz führt meist zu einem schnelleren Anstieg der Viskosität bei Raumtemperatur und zu niedrigeren Topfzeiten. Unter dem Begriff Topfzeit oder auch Gelierzeit ist eine Kenngröße zu verstehen, die üblicherwei- se benutzt wird, um die Reaktivität verschiedener Harz/Härter- und/oder Harz/Härter- mischungs-Kombinationen zu vergleichen. Die Messung der Topfzeit/Gelierzeit (To) wird nach der Vorschrift von ASTM D 2471-99 beschrieben und ist eine Methode zur Charakterisierung der Reaktivität von Laminiersystemen mittels einer Temperaturmessung. Je nach Anwendung haben sich Abweichungen von den dort beschriebenen Parametern (Menge, Prüfbedingungen und Messmethode) etabliert, die zu einer Topfzeit A (ToA) und einer Topfzeit B (ToB) führen.
Dabei wird die Topfzeit A (ToA) wie folgt bestimmt:
100 g des Blends, enthalten Epoxidharz und Härter bzw. Härtgemisch werden in einem Behälter (üblicherweise ein Pappbecher) gefüllt. In dieses Blend wird ein Temperaturfühler eingetaucht, der in bestimmten Zeitabständen die Temperatur misst und abspeichert. Sobald dieses Blend erstarrt ist, wird die Messung beendet und die Zeit bis zum erreichen der Maximaltemperatur wird ermittelt. Für den Fall, dass die Reaktivität eines Blends zu gering ist, wird diese Messung bei erhöhter Temperatur durchgeführt. Neben der Topfzeit muss auch immer die Prüftemperatur angegeben werden. Die Topfzeit B (ToB) wird wie folgt bestimmt:
5g des Blends enthaltend Epoxidharz und Härter /Härtergemisch werden in einem 5ml_ Penicillinglas bei einer gegebenen Prüftemperatur (nicht adiabatisch) gefüllt. Im Blend bewegt sich ein runder Probenstempel (0 1 1 ,8 mm) auf und ab (1 mm/sec). Wenn ein entsprechender Widerstand (ca. 5 kPa) erreicht wird schaltet die Stoppuhr ab.
Als Beispiele solcher oben beschriebenen Beschleuniger werden Triethanolamin, Ben- zyldimethylamin, 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol und Tetramethylguanidin in US-A 4,948,700 Spalte 10 genannt. Die prinzipielle Eignung von tetra- und penta- Alkylguanidinen als Härter von Epoxidharzmischungen ist in US 3,308,094 beschrieben. Der Einsatz von Tetramethylguanidin als tertiäres Amin mit sehr geringer katalyti- scher Aktivität wird auch in US-A 6,743,375 in Spalte 19 erwähnt. US-A 6,743,375 lehrt den Fachmann jedoch, dass Tetramethylguanidin ein vergleichsweise langsamer Beschleuniger ist. Ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, bei denen ein Blend eingesetzt wird, in dessen Mischung die Härterkomponente a) im Bereich von 0,3 bis 0,9 Aminäquivalent pro Äquivalent Epoxid des eingesetzten Epoxidharzes, eingesetzt wird, wird jedoch nicht beschrieben.
Die Härtung von Epoxiden mit Aminen wird unter anderem bei Infusionstechnologien eingesetzt. Hierbei werden Di- und Polyepoxidharze mit Aminen und Polyetheraminen unmittelbar vor dem Einfüllvorgang zum Blend gemischt, das Blend bei Temperaturen von 20 0 C - 50 0 C in die jeweilige Form eingesaugt und danach bei Formtemperaturen von 55°C - 90 0 C zur Reaktion gebracht, wodurch es zur Aushärtung des Blends kommt. Die Geschwindigkeit des gesamten Prozesses ist dabei abhängig von der Dauer des Einfüllschrittes, der eigentlichen Infusion, und von der Dauer der Aushärtung. Der Einfüllvorgang kann umso schneller erfolgen, je geringer die Viskosität des Blends ist. Die Verringerung der Viskosität eines vorgegebenen Blends kann durch die Erhöhung der Temperatur während des Einfüllvorgangs erfolgen, wodurch dieser prinzipiell schneller wird. Die Erhöhung der Temperatur während des Einfüllvorgangs zur Verringerung der Viskosität ist allerdings nur bei wenig reaktiven Aminen, wie z.B. Polyetheraminen sinnvoll. Der Nachteil der alleinigen Verwendung wenig reaktiver Amine, wie z.B. Polyetheramine, ist die langsame Reaktion dieser Komponente mit dem Epoxidharz, wodurch der Aushärtungsvorgang langsam erfolgt. Die Dauer der Aushärtung kann verkürzt werden durch die Verwendung besonders reaktiver Amine wie bei- spielsweise IPDA. Bei Anwesenheit dieser reaktiven Amine muss die Infusion allerdings bei tiefen Temperaturen erfolgen, da die Viskosität einer Mischung aus Polyethe- ramin und IPDA bei Temperaturen > 40°C derart schnell ansteigt, dass eine vollständige Tränkung der Fasermatten nicht mehr gewährleistet werden kann.
Bei der Verwendung von Infusionstechnologien wie der „Vacuum assisted resin trans- fer molding"- Technologie (VARTM) für die Produktion großer Bauteile, kann eine lange Topfzeit des Blends enthaltend Epoxidharze und Amine im Bereich mehrerer Stunden bei Raumtemperatur erforderlich sein, um einen problemlosen Einfüllvorgang zu gewährleisten. Diese lange Topfzeit kann durch die Verwendung wenig reaktiver Polye- theramine erreicht werden, wie sie in WO-A 2004/020506, Seite 14-17 beschrieben werden. Ein ausschließlicher Einsatz von aktiven Härtern wie IPDA ist aus dem Stand der Technik für die Infusionstechnologie bei großen Bauteilen nicht bekannt. Der Nachteil des Einsatzes ausschließlich wenig reaktiver Polyetheramine in der Infusionstechnologie liegt in den extrem langen Aushärtzeiten bei erhöhter Temperatur, die eine Steigerung der Produktivität verhindern und gleichzeitig erhöhten Energieeinsatz erfordern.
Eine Verbesserung des Infusionsprozesse mit Blends enthaltend Epoxidharze und Amine erfolgt dann, wenn die Viskosität des Blends während des Einfüllvorgangs niedrig ist, bzw. wenn der Einfüllvorgang bedingt durch eine längere Topfzeit des verbesserten Blends bei höheren Temperaturen und damit bei einer niedrigeren Viskosität erfolgen kann, als es bei den bisher bekannten Blends aus Epoxidharzen, Polyethera- minen und IPDA der Fall ist.
Die Aufgabe eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung solcher Formkörper wäre es, bei Temperaturen von beispielsweise 60 0 C oder mehr eine vergleichbare oder höhere Aushärtungsgeschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik zu zeigen. SoI- che Verfahren wären gerade für die Fertigung großer Bauteile sehr geeignet, da bei vergleichbarer oder kürzerer Aushärtungsgeschwindigkeit, die Verarbeitungszeit bei Raumtemperatur verlängert oder die Verarbeitung bei höheren Temperaturen möglich wäre, ohne dass es zu einer vorzeitigen Aushärtung des Blends käme und somit eine vollständige und gleichmäßige Aushärtung möglich wäre.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern bereit zustellen, das es ermöglicht, die Aushärtungsgeschwindigkeit von Epoxidharzen und/oder Epoxidharzsystemen zu erhöhen ohne gleichzeitig die Viskosität des Epoxidharzgemisches so zu erhöhen, dass eine vollständig und gleichmäßige Aushärtung nicht mehr möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern umfassend folgende Schritte
I) Bereitstellung einer Form,
II) Einbringen eines Blends enthaltend ein oder mehrere Epoxidharze und eine Mischung in die Form nach Schritt I),
III) Härtung des in der Form enthaltenden Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in Schritt II) eine Härterkomponen- te b) und 0,3 bis 0,9 Aminäquivalent, pro Äquivalent Epoxid des eingesetzten
Epoxidharzes im Blend des Schritt II), an einer Härterkomponente a) enthält, wobei die Härterkomponente a) ein oder mehrere Amine mit einer Funktionalität > 2 enthält und mindestens ein Amin beim stöchiometri- schen Vermischen mit dem Epoxidharz im 100 g Ansatz bei Raumtemperatur zu einer Aushärtungszeit von weniger als 24 h führt und
die Härterkomponente b) mindestens eine Verbindung der Formel I
(I)
enthält, wobei R1 bis R3, R5 und R6 unabhängig voneinander einen organischen Rest mit 1 bis 20 C- Atomen und Wasserstoff bedeutet und R4 ausgewählt ist aus der Gruppe von einem organischen Rest mit 1 bis 20 C-Atomen und einer -C(NH)NR5R6 Gruppe.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, dadurch gekennzeichnet, das die Form in Schritt I) und/oder das Blend in Schritt II) verstärkendes Material enthält, wobei das Blend aus Schritt II) das verstärkende Material durchdringt und/oder mit diesem vermischt ist.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente a) ausgewählt ist aus der Gruppe von Aminen mit einer Funktionali- tat > 2.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente a) mindestens zwei Härterkomponenten a1 ) und a2) enthält, wobei die Härterkomponente a1 ) ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyetheramine mit einer Funktionalität > 2 und die Härterkomponente a2) ausgewählt ist aus der Gruppe von weiteren Aminen mit einer Funktionalität > 2.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R1 bis R3, R5 und R6 der Verbindungen der Formel I unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe von Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n- Butyl, sec- Butyl, Phenyl, o-Tolyl und R4 ausgewählt ist aus der Gruppe von Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, sec- Butyl, Phenyl, o-Tolyl und einer -C(NH)NR5R6- Gruppe. Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente b) bezogen auf den Gewichtsanteil der Mischung in Schritt II) 5 bis 55 Gew.-% beträgt.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung des Blends aus Schritt II)
als Härterkomponente a1 ) ein Polyetheramin mit einer Funktionalität von > 2 ausge- wählt aus der Gruppe von 3,6-dioxa-1 ,8-octandiamin,
4,7,10-Trioxa-1 ,13-tridecandiamin, 4,7-Dioxa-1 ,10-decan- diamin, 4,9-Dioxa-1 ,12-docecandiamin, Polyetheramin auf der Basis von Triethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 148, difunktionellem, primären Polyetheramin herge- stellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropften Ethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 176, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 4000, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropften PoIy- ethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 2003, a- liphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylengylkol mit einer mittleren Molmasse von 900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylen-oxid gepfropftem Polyethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 600, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropften Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylen- etherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenether- glycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmas- se von 1900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400, Polyethertriamin auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mitt- leren Molmasse von 400, aliphatischem Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von mit Butylenoxid aufgepfropften Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219, Polyetheramin auf der Basis von Pentaerythrit und Propy- lenoxid mit einer mittleren Molmasse von 600, difunktionel- lem, primären Polyetheramin auf Basis von Polypropylen- glykol mit einer mittleren Molmasse von 2000, difunktionel- lern, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropy- lenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, difunktio- nellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypro- pylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, trifunkti- onellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reakti- on von Propylenoxid mit Trimethylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Glycerin gefolgt durch eine Aminierung der endständi- gen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 5000 und einem Polyetheramin mit einer mittleren Molmasse von 400 hergestellt durch Aminierung von PoIyTHF, das eine mittlere Molmasse von 250 aufweist,
als Härterkomponente a2) ein weiteres Amin mit einer Funktionalität > 2 ausgewählt aus der Gruppe von 1 ,12-Diaminododecan, 1 ,10-Diamino- decan, 1 ,2-Diaminocyclohexan, 1 ,2-Propandiamin, 1 ,3-Bis- (aminomethyl)cyclohexan, 1 ,3-Propandiamin, 1- Methyl- 2,4-diaminocyclohexan, 2,2 ' -Oxybis(ethylamin), 3,3 ' -Di- methyl-4,4 ' -diaminodicyclohexylmethan, 4,4 ' -Methylendi- anilin, 4-Ethyl-4-methylamino-1-octylamin, Diethylentriamin, Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Isophorondiamin, Menthendiamin, Xylylendiamin, N-Aminoethylpiperazin, Neopentandiamin, Norbornandiamin, Octanmethylendia- min, Piperazin, 4,8-Diamino-tricyclo[5.2.1.0]decan, Tolylen- diamin, Triethylentetramin, Trimethylhexamethylendiamin und
als Härterkomponente b) 5 bis 55 Gew.-% der Verbindung der Formel I, bezogen auf die Mischung,
wobei das Verhältnis von a1) zu a2) im Bereich von 0,1 bis 10 zu 1 liegt, enthält.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass als Härterkomponente a1) ein Polyetheramin mit einer Funktionalität > 2 eingesetzt wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe von difunktionellem, primären Polyetheramin her- gestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropftem Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylengylkol mit einer mittleren Molmasse von 900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylen etherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenether- glycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylen etherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400, Polyethertriamin auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400, aliphatischem Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von Butylenoxid verkappten Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403 und Polyetheramin auf Basis von Propylenoxid und Glycerin mit einer mittleren Molmasse von 5000.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass als Härterkomponente a1 ) ein Polyetheramin ausgewählt aus der Gruppe von Polyetheramin D 230, Polyetheramin D 400, Polyetheramin T 403 und Polyetheramin T 5000 und als Härterkomponente a2) ein weiteres Amine ausgewählt ist aus der Gruppe von Isophorondiamin, Aminoethylpiperazin, 1 ,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan und Triethy- lentetraamin und als Härterkomponente b) Tetramethylguanidin eingesetzt wird.
Die erfindungsgemäßen Blends, enthalten mindestens ein und/oder mehrere Epoxidharze und eine Mischung aus einer Härterkomponente a) und einer Härterkomponente b). Die zu verwendenden Epoxidharze und/oder Epoxidharzmischungen enthalten dabei bevorzugt Epoxidharze ausgewählt aus der Gruppe von Bisphenol-A-bisglycidyl- ether (DGEBA), Bisphenol-F-bisglycidylether, Bisphenol-S-bisglycidether (DGEBS), Tetraglycidylmethylendianiline (TGMDA) , Epoxy-Novolaken (den Reaktionsprodukten aus Epichlorhydrin und Phenolharzen (Novolak)) und cycloaliphatischen Epoxidharzen wie 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat und Hexahydrophthal- säurediglycidylester.
Des Weiteren können die Epoxidharze auch noch weitere Raktivverdünner enthalten. Diese sind ausgewählt aus der Gruppe von 1 ,4-Butandiolbisglycidylether, 1 ,6-Hexan- diolbisglycidylether, Glycidylneodecanoat, Glycidylversatat, 2-Ethylhexylglycidylether, Cs-Cio- Alkylglycidylether, C12-C14- Alkylglycidylether, p-tert-Butylglycidether, Butyl- glycidether, Nonylphenylglycidether, p-tert-Butylphenylglycid-ether, Phenylglycidether, o-Cresylglycidether, Polyoxypropylenglycoldiglycidether, Trimethylolpropantriglycidether (TMP), Glycerintriglycidether und Triglycidylparaami- nophenol (TGPAP).
Gemäß dem Stand der Technik wird zum Aushärten von Epoxidharzen eine nahezu stöchiometrische Menge (je nach Epoxidharz 0,9 - 1 ,1 Äquivalente des Härters / Äquivalent Epoxidharz) eingesetzt. Wenn jedoch die erfindungsgemäße Mischung zum Härten von Epoxidharzen eingesetzt wird, ist es bevorzugt, dass man 10 bis 60 Mol-%, besonders bevorzugt 20 bis 40 Mol-% weniger der erfindungsgemäßen Mischung zum Epoxidharz gibt, als zur Umsetzung der aktiven Epoxygruppen an Aminfunktionen der Mischung benötigt werden. Besonders bevorzugt ist, wenn man in der Summe 0,3 bis 0,9 Aminäquivalent, bevorzugt 0,4 bis 0,7 Aminäquivalent, pro Äquivalent Epoxid des eingesetzten Epoxidharzes, an Härterkomponenten a1 ) und a2) zur Mischung gibt, um eine Erhöhung der Topfzeit und eine vergleichbare bis bessere Aushärtung des Epoxidharzes gegenüber den zum Stand der Technik gehörenden Mischungen zu erzielen. Für das erfindungsgemäße Blend beträgt der Anteil der Härterkomponente a) 0,3 bis 0,9, bevorzugt 0,4 bis 0,7 Aminäquivalent, pro Äquivalent Epoxid des eingesetzten Epoxidharzes.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Blends und für das erfindungsgemäße Ver- fahren wird die Mischung mit dem Epoxidharz bei Temperaturen die unterhalb der Anfangshärtungstemperatur der Härterkomponente a) liegt, vermischt. Die Anfangshärtungstemperatur ist die Temperatur bei der in einer Mischung von mehreren Härterkomponenten mit einer Funktionalität > 2 die erste Härterkomponente mit dem Epoxidharz reagiert. Dieser Temperatur kann mit einer DSC nach DIN 53765 als T R O E ermittelt werden
Die Härterkomponente a) im erfindungsgemäßen Blend, sowie für das erfindungsgemäße Verfahren enthält dabei ein oder mehrere Amine mit einer Funktionalität > 2, wobei mindestens ein Amin beim stöchiometrischen Vermischen mit dem Epoxidharz im 100 g Ansatz bei Raumtemperatur zu einer Aushärtungszeit von weniger als 24 h führt.
Die Amine mit einer Funktionalität > 2 der Härterkomponente a) sind alle dem Fachmann bekannten Amine mit einer Funktionalität > 2. Bevorzugt sind diese ausgewählt aus der Gruppe von 3,6-Dioxa-1 ,8-octandiamin, 4,7,10-Trioxa-1 ,13-tridecandiamin, 4,7-Dioxa-1 ,10-decandiamin, 4,9-Dioxa-1 ,12-docecandiamin, Polyetheramin auf der Basis von Triethylenglykol mit einer Mittleren Molmasse von 148, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropftem Ethylenglykols, mit einer mittleren Molmasse von176, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 4000, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropftem Polyethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 2003, a- liphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethy- lengylkol mit einer mittleren Molmasse von 900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 600, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropftem Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetra- methylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylen- etherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenether- glycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400, Polyethertri- amin auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400, aliphatischem Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von mit Butylenoxid aufgepfropftem Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219, Polyetheramin auf der Basis von Pentaerythrit und Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 600, difunktionellem, primären Polyetheramin auf Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 2000, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, trifunktionellem, primären Polyethera- min hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Glycerin gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 5000, Polyetheramin mit einer mittleren Molmasse von 400, hergestellt durch Aminierung von PoIyTHF, das eine mittlere Molmasse von 250 aufweist, 1 ,12-Diaminododecan, 1 ,10-Diaminodecan, 1 ,2-Diaminocyclohexan, 1 ,2-Propan- diamin, 1 ,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan, 1 ,3-Propandiamin, 1- Methyl-2,4-diamino- cyclohexan, 2,2 ' -Oxybis(ethylamin), 3,3 ' -Dimethyl-4,4 ' -diaminodicyclohexylmethan, 4-Ethyl-4-methylamino-1-octylamin, Diethylentriamin, Ethylendiamin, Hexamethylendi- amin, Isophorondiamin, Menthendiamin, Xylylendiamin, N-Aminoethylpiperazin, Neo- pentandiamin, Norbornandiamin, Octanmethylendiamin, Piperazin, 4,8-Diamino-tri- cyclo[5.2.1.0]decan, Tolylendiamin, Triethylentetramin und Trimethylhexamethylendia- min,
Besonders bevorzugt enthält die Härterkomponente a) mindestens zwei Härterkomponenten a1 ) und a2), wobei beide ein Amin mit einer Funktionalität > 2 enthalten. Ganz besonders bevorzugt enthält die Härterkomponente a1 ) ein Polyetheramin und die Härterkomponente a2) ein weiteres Amin mit einer Funktionalität > 2.
Polyamine, in deren Kette Sauerstoff enthalten ist, werden als Polyetheramine bezeichnet. Polyetheramine mit einer Funktionalität von > 2 können in dem erfindungsgemäßen Blend und dem erfindungsgemäßen Verfahren als Härterkomponente a) und in der erfindungsgemäßen Mischung als Härterkomponente a1 ) eingesetzt werden. Sie können u.a. auf Basis von Alkylenoxiden wie Ethylen-, Propylen-, Butylen oder Penty- lenoxid, PoIy-THF oder 1 ,4-Butandiol und jeweils Ammoniak hergestellt werden und weisen Molgewichtsverteilungen auf. Die eingesetzten Alkylenoxide können gleich oder unterschiedlich pro Molekül sein. Bei den Polyetheraminen des D, ED und EDR-Typs handelt es sich um Diamine (D-Typ), wobei ED für Diamine auf Basis Polyethylenglykol (PEG) und EDR für reaktive Diamine auf Basis PEG steht, bei den T-Typen handelt es sich um ein mit Alkylenoxid(en) gepfropftes Triol, das an den drei Termini jeweils eine Aminogruppe trägt. XTJ wird für noch zur Erprobung vorgesehene Produkte verwen- det. Die hinter dem Buchstabencode stehenden Zahlen, außer bei den XTJ Produkten, in der Bezeichnung der Polyetheramine, gibt die mittlere Molmasse des Polyethera- mins wieder.
Die in der erfindungsgemäßen Mischung, dem erfindungsgemäßem Blend und dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Polyetheramine weisen eine Funktionalität von > 2 auf.
Typische Beispiele für Polyetheramine der Härterkomponente a1 ) sind ausgewählt aus der Gruppe von difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropy- lenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, difunktionellem, primären Polyethera- min auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, difunktionellem, primären Polyetheramin auf Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 2000, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 4000, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Glycerin gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 5000. Diese Verbindungen sind auch Verkaufsprodukte der Firma BASF (Polyetheramine) und der Firma Huntsman (Jeffamine) und sind unter folgenden Handelsnamen erhältlich:
Polyetheramine D 230 / Jeffamine ® D 230: enthält Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230.
Polyetheramine D 400 / Jeffamine ® XTJ 582: enthält difunktionelles, primäres Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400.
Polyetheramine D 2000 / Jeffamine ® D2000 / Jeffamine ® XTJ 578: enthält aliphatisches, difunktionelles, primäres Polyetheramin auf Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 2000. Polyetheramine D 4000: enthält Polyetheramine auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 4000.
Polyetheramine T 403 / Jeffamine ® T 403: enthält Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethy- lolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403.
Polyetheramine T 5000 / Jeffamine ® T 5000: enthält Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Glycerin gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 5000.
Jeffamine ® ED-600 / Jeffamine ® XTJ 501 : enthält ein aliphatisches Polyetheramin, das aus einem mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylenglykol aufgebaut ist und eine mittlere Molmasse von 600 aufweist.
Jeffamine ® ED-900: enthält ein aliphatisches Polyetheramin, das aus einem mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylenglykol aufgebaut ist und eine mittlere Molmasse von 900 aufweist.
Jeffamine ® ED-2003: enthält ein aliphatisches Polyetheramin, das aus einem mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylenglykol aufgebaut ist und eine mittlere Molmasse von 2000 aufweist.
Jeffamine ® HK-511 : enthält ein difunktionelles, primäres Polyetheramin hergestellt durch Aminierung ei- nes mit Propylenoxid verkappten Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220.
Jeffamine ® XTJ-542: enthält ein aliphatisches Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Po- ly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000.
Jeffamine ® XTJ-548: enthält ein aliphatisches Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Po- ly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1900. Jeffamine ® XTJ-559: enthält Copolymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400.
Jeffamine ® XTJ-566: enthält Polyethertriamin auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400.
Jeffamine ® XTJ-568: enthält ein aliphatisches Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von mit Butylenoxid aufgepfropften Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219.
Jeffamine ® XTJ- 616: enthält ein Polyetheramin auf der Basis von Pentaerythrit und Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 600.
Jeffamine ® EDR-148: enthält ein Polyetheramin auf der Basis von Triethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 148.
Jeffamine ® EDR-176: enthält ein difunktionelles, primäres Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid verkappten Ethylenglykols, mit einer mittleren Molmasse von176.
PoIyTH F-Amin 350: enthält ein Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von PoIyTHF mit einer mittleren Mollmasse von 250. Das dadurch erhaltene PolyTHF-Amin besitzt ein mittleres Molekulargewicht von 400.
Die Polyetheramine der Härterkomponente a1 ) sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe von difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropftem Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylengylkol mit einer mittleren Molmasse von 900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetra-methylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400, Polyethertriamin auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400, aliphatischem Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von Butylenoxid verkappten Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403 und Polyetheramin auf Basis von Propylenoxid und Glycerin mit einer mittleren Molmasse von 5000. Ganz besonders bevorzugt ist als Polyetheramin ein Polyetheramin auf der Basis von Po- lypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230 wie z.B. Polyetheramine D 230 oder Jeffamine ® D230.
Als Härterkomponente a2) sind weitere Amine mit einer Funktionalität > 2 ausgewählt aus der Gruppe von 1 ,12-Diaminododecan, 1 ,10-Diaminodecane, 1 ,2-Diaminocyclo- hexan, 1 ,2-Propandiamin, 1 ,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan, 1 ,3-Propandiamin, 1- Me- thyl-2,4-diaminocyclohexan, 2,2 ' -Oxybis(ethylamine), 3,3 ' -Dimethyl-4,4 ' -diaminodi- cyclohexylmethan, 4,4 ' -Methylendianilin, 4-Ethyl-4-methylamino-1-octylamin, Diethy- lentriamin, Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Isophorondiamin, Menthendiamin, Xylylendiamin, N-Aminoethylpiperazin, Neopentandiamin, Norbornandiamin, Octan- methylendiamin, Piperazin 4,8-Diamino-tricyclo[5.2.1.0]decan,Tolylendiamin, Triethy- lentetramin, Trimethylhexamethylendiamin,
In der erfindungsgemäßen Mischung, dem erfindungsgemäßen Blend sowie im erfindungsgemäßen Verfahren können auch noch Beschleuniger enthalten sein. Diese sind ausgewählt aus der Gruppe von substituierten Imidazolen wie 1-Methylimidazol, 2- Methylimidazol, 2,4-Ethyl-Methyl-imidazol, 2-Phenylimidazol, 1-Cyanoethylimidazol, Imidazolinen wie 2-Phenyl-imidazolin, tertiären Aminen wie N,N-Dimethyl-benzylamin, 2,4,6-Tris-(dimethylaminomethyl)-phenol (DMP 30), Bisphenol-A, Bisphenol-F, No- nylphenol, p-tert-Butylphenol, Phenolharze des Novolak-Typs, Salicylsäure, p-Toluol- sulfonsäure,1 ,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan (DABCO), 1 ,8-Diazabicyclo-[5.4.0]-undecen-7 (DBU), S-Triazin (Lupragen N 600), Bis-(2-dimethylaminoethyl)ether (Lupragen N 206), Pentamethyldiethylentriamin (Lupragen N 301), Trimethylaminoethylethanolamin (Lupragen N 400), Tetramethyl-1 ,6-hexandiamin (Lupragen N 500), Aminoethyl- morpholin, Aminopropylmorpholin, Aminoethylethylenharnstoff, Ketiminen wie Epi-Kure 3502 (ein Reaktionsprodukt aus Ethylenediamin mit Methylisobutylketon), Uronen wie 3-(4-chlorophenyl)-1 ,1-dimethyl-harnstoff (Monuron), 3-(3,4-dichlorophenyl)-1 ,1-di- methyl-harnstoff (Diuron), 3-phenyl-1 ,1-dimethylharnstoff (Fenuron), 3-(3-Chloro-4- methylphenyl)-1 ,1-dimethylharnstoff (Chlorotoluron), Tolyl-2,4 bis-N,N-dimethyl- carbamid (Amicure UR2T), Dicyandiamid (DICY), Mannich-Basen oder sekundären Aminen wie Dialkylaminen wie beispielsweise Di-(2-ethylhexyl)amin, Dibutylamin, Dipropylamin, Ditridecylamin, N, N'-Diisopropylisophorondiamin (Jefflink ® XTJ-584), N,N'-Diisobutyl-4,4 ' -Diamino-dicyclohexylmethan (Clearlink 1000), N-(Hydroxyethyl)- anilin, Di-(2-methoxyethyl)amin.
Neben der Härterkomponente a) bzw. a1 ) und a2) ist in der erfindungsgemäßen Mi- schung, dem erfindungsgemäßen Blend und dem erfindungsgemäßen Verfahren noch ein Härterkomponente b) der Formel I
(I)
enthalten.
Die Reste R1 bis R3, R5 und R6 der Formel I in der Härterkomponente b) der erfindungsgemäßen Mischung, des erfindungsgemäßen Blends sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe von ei- nem organischen Rest mit 1 bis 20 C-Atomen und Wasserstoff. Unter organischem Rest sind alle gesättigten, ungesättigten, cyclischen oder acyclischen Kohlenwasserstoffreste zu verstehen, die keine Heteroatome tragen. Besonders bevorzugt weist der organische Rest 1 bis 10 C-Atome auf. Unter organischem Rest, der ungesättigt und cyclisch ist, sind aromatische Gruppen zu nennen. Bevorzugte aromatische Kohlenwasserstoffreste sind ausgewählt aus der
Gruppe von Phenyl-, Benzyl-, Xylen-, o-Tolyl-, eine durch eine oder mehrere C2 bis C 4 Alkylgruppen substituierte Phenylgruppe und Benzylgruppe. Besonders bevorzugte aromatische Kohlenwasserstoffreste sind Phenylgruppen. Die aliphatischen Kohlenwasserstoffreste sind ausgewählt aus der Gruppe der cycli- sehen und acyclischen Kohlenwasserstoffresten. Bevorzugt sind die acyclischen a- liphatischen Kohlenwasserstoffreste. Hierbei können als Kohlenwasserstoffreste bevorzugt solche mit Ci bis C10 Atome, besonders bevorzugt Ci bis C 4 Atomen eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt sind die Reste für R1 bis R3, R5 und R6 ausgewählt aus der Gruppe von Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, sec-Butyl-, Phenyl- und o-Tolylreste. Insbesondere ganz besonders bevorzugt sind für die Reste R1 bis R3, R5 und R6 die aliphatischen Kohlenwasserstoffreste ausgewählt aus der Gruppe von Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, oder sec-Butylgruppe. Insbesondere ganz besonders bevorzugt sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- und n-Butylgruppe.
R4 ist sowohl für die erfindungsgemäße Mischung, das erfindungsgemäße Blend als auch für das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von R1 bis R3, R5 und R6 ausgewählt aus der Gruppe von einem organischen Rest mit 1 bis 20 C-Atomen und einer -C(NH)NR5R6- Gruppe. Besonders bevorzugt ist R4 ausgewählt aus der Gruppe von Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, sec-Butyl-, Phenyl- und o-Tolylrest. Insbesondere ganz besonders bevorzugt sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, n-Butyl- und o- Tolylrest.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind R1 bis R4 unabhängig von einander organische aliphatische Kohlenwasserstoffe ausgewählt aus der Gruppe von Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl- und sec-Butylrest. Insbesondere ganz besonders bevorzugt sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- und n-Butylgruppe.
Insbesondere ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der Verbindung von Formel I um Tetramethylguanidin.
Der Anteil der Verbindung der Formel I im erfindungsgemäßen Blend und im erfin- dungsgemäßen Verfahren liegt im Bereich von 0,5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge des Epoxidharzes.
Der Anteil der Formel I in der erfindungsgemäßen Mischung liegt im Bereich von 5 bis 55 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt zwi- sehen 10 und 25 Gew.-%, bezogen auf die Menge der Mischung.
Bevorzugte erfindungsgemäße Mischungen und auch erfindungsgemäße Blends sind solche, die neben Tetramethylguanidin auch noch Polyetheraminen ausgewählt aus der Gruppe von 3,6-dioxa-1 ,8-octandiamin, 4,7,10-Trioxa-1 ,13-tridecandiamin, 4,7- Dioxa-I J O-decandiaminAΘ-Dioxa-i ^-docecandiamin, difunktionellem, primären Polyetheramin auf Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 2000, wie z.B. Jeffamine ® D-2000, Jeffamine ® XTJ-578 und Polyetheramine D 2000, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, wie z.B. Jeffamine ® D-230 und Polyetheramine D 230, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, wie z.B. Jeffamine ® D-400, Jeffamine ® XTJ-582 und Polyetheramine D 400, difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Propy- lenoxid mit einer mittleren Molmasse von 4000, wie z.B. Jeffamine ® D-4000, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropften Polyethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 2003, wie z.B. Jeffamine ® ED-2003, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylengylkol mit einer mittleren Molmasse von 900 wie z.B. Jeffamine ® ED-900, aliphatisches Polyetheramin auf Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 2000 wie z.B. Jeffamine ® ED-2003, aliphatisches Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 600, wie z.B. Jeffamine ® ED-600 und dem Jeffamine ® XTJ 501 , difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminie- rung eines mit Propylenoxid aufgepfropften Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220 wie z.B. Jeffamine ® HK-51 1 , trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403, wie z.B. Jeffamine ® T-403 und Polyetheramine T 403, trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Glycerin gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 5000, wie z.B. Jeffamine ® T-5000 und Polyetheramine T 5000, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylen-etherglycol) und Polypropylengly- col mit einer mittleren Molmasse von 1000, wie z.B. Jeffamine ® XT J-542, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1900, wie z.B. Jeffamine ® XTJ-548, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetra- methylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400, wie z.B. Jeffamine ® XTJ-559, aliphatischem Polyethertriamin auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400, wie z.B. Jeffamine ® XTJ-566, aliphatischem Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von mit Butylenoxid aufgepfropftem Alkoholen mit einer mittleren Molmasse von 219 wie z.B. Jeffamine ® XTJ-568, Polyetheramin auf der Basis von Pentaerythrit und Propylenoxid mit einer mittleren Molmasse von 600, wie z.B.
Jeffamine ® XTJ-616, Polyetheramin auf Basis von Triethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 148, wie z.B. Jeffamine ® EDR 148, difunktionelles, primäres Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropftem Ethylengly- kol mit einer mittleren Molmasse von 176, wie z.B. Jeffamine ® EDR 176 und einem Polyetheramin mit einermittleren Molmasse von 400 hergestellt durch Aminierung von PoIyTHF, das eine mittlere Molmasse von 250 aufweist wie z.B. PoIyTHF Amin 350.
Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Mischungen und auch erfindungsgemäße Blends sind zum einen solche, die neben Tetramethylguanidin und Polyetheraminen ausgewählt aus der Gruppe von difunktionellem, primären Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, wie z.B. Jeffamine ® D-230 und Polyetheramine D 230, difunktionellem, primärem Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 400, wie z.B. Jeffamine ® D-400, Jeffamine® XTJ-582 und Polyetheramine D 400, difunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Aminierung eines mit Propylenoxid aufgepfropftem Diethylenglykols mit einer mittleren Molmasse von 220 wie z.B. Jeffamine ® HK-511 , trifunktionellem, primären Polyetheramin hergestellt durch Reaktion von Propylenoxid mit Trimethylolpropan gefolgt durch eine Aminierung der endständigen OH-Gruppen mit einer mittleren Molmasse von 403, wie z.B. Jeffamine ® T-403 und Polyetheramine T 403, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis von mit Propylenoxid gepfropftem Polyethylengylkol mit einer mittleren Molmasse von 900 wie z.B. Jeffamine ® ED-900, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetra- methylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1000, wie z.B. Jeffamine ® XTJ-542, Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Po- ly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1900, wie z.B. Jeffamine ® XTJ-548, aliphatischem Polyetheramin auf der Basis eines Copolymers aus Poly(tetramethylenetherglycol) und Polypropylenglycol mit einer mittleren Molmasse von 1400, wie z.B. Jeffamine ® XTJ-559, aliphatischem Polyethertria- min auf der Basis eines mit Butylenoxid gepfropftem mindestens dreiwertigen Alkohols mit einer mittleren Molmasse von 400, wie z.B. Jeffamine ® XTJ-566, aliphatischem Polyetheramin hergestellt durch Aminierung von mit Butylenoxid aufgepfropften Alko- holen mit einer mittleren Molmasse von 219 wie z.B. Jeffamine ® XTJ-568, auch noch ein Diamin ausgewählt aus der Gruppe von Isophorondiamin, 1 ,2-Diaminocyclohexan, 1 Methyl-2,4-diaminocyclohexan und 1 ,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan enthalten. Eine ganz besonders bevorzugte erfindungsgemäße Mischung ist die, die Tetramethylgua- nidin, difunktionelles primäres Polyetheramin auf der Basis von Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 230, wie z.B. Jeffamine® D-230 und Polyetheramine D 230 und Isophorondiamin enthalten.
Bei einer erfindungsgemäßen Mischung und einem bevorzugtem erfindungsgemäßen Blend, bei der neben der Verbindung der Formel I ein Polyetheramin und ein weiteres Amin mit einer Funktionalität > 2 eingesetzt wird, ist das Polyetheramin im Verhältnis zum weiteren Amin im Bereich von 0,1 bis 10 zu 1 , bevorzugt im Bereich von 1 ,5 bis 10 zu 1 , besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 5,0 zu 1. In einer ganz besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Mischung und einem insbesondere ganz besonders bevorzugtem Blend, in der Tetramethylguanidin, Polyetheramin D230 / Jeffamine ® D230 und Isophorondiamin enthalten sind, ist das bevorzugte Mischungsverhältnis von Polyetheramin D230 / Jeffamine ® D230 zu Isophorondiamin im Bereich von 2,2 bis 2,6 zu 1 , besonders bevorzugt im Bereich von 2,3 bis 2,5 zu 1.
Die erfindungsgemäße Mischung wird durch die dem Fachmann bekannten mechani- sehen Methoden aus den Einzelbestandteilen bei Temperaturen unterhalb von 160 0 C, bevorzugt im Bereich von 5 bis 30 0 C gemischt.
Bei Benutzung der erfindungsgemäßen Mischung zum Härten von Epoxidharzen ist die Geschwindigkeit der Härtung vergleichbar oder besser gegenüber Härtungssystemen aus dem Stand der Technik.
Neben der Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung in der Infusionstechnologien wie z.B. resin infusion, resin transfer molding (RTM), vaeuum assisted resin trans- fer molding (VARTM), die in US 3,379,591 beschrieben sind, sind die erfindungsgemä- ßen Mischungen und erfindungsgemäßen Blends auch für weitere Technologien zum Aushärten von Epoxidharzen einsetzbar, die eine ausreichende Verarbeitungszeit bei Temperaturen von 15-45°C, kombiniert mit einer schnellen Aushärtung bei höheren Temperaturen, erfordern. Diese Technologien sind ausgewählt aus der Gruppe von Wickeln, Pultrusion, Hand-Lay-Up und Prepreg, wie sie in US 3,379,591 und US 5,470,517 beschrieben sind. Beim Hand-Lay-Up-Verfahren wird ein Fasermaterial manuell oder maschinell mit Epoxidharz benetzt und dann werden diese Matten in eine Form gelegt und, im Falle dass mehrere Lagen verwendet werden, mit Walzen oder ähnlichen Geräten konsolidiert. Die Härtung erfolgt oft in einem Vakuumsack, da dadurch das Material konsolidiert wird und ein genauer Epoxidharzgehalt eingestellt werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das gehärtete Epoxidharz, das erhältlich ist durch Aushärtung des erfindungsgemäßen Blends oder durch Härtung eines Epoxidharzes oder Epoxidharzgemisches mit der erfindungsgemäßen Mischung. Hierfür werden die erfindungsgemäßen Blends entweder in spezielle Formen eingefüllt oder auf Oberflächen aufgetragen und durch Temperaturerhöhung zur Aushärtung gebracht. In den Blends für eine Auftragung auf Oberflächen können noch weitere Füllstoffe im Blends enthalten sein. Diese Füllstoffe sind ausgewählt aus der Gruppe von Thixotropiermittel (hydrophile und hydrophobe pyrogene Kieselsäuren), UV-Stabilisatoren (nanoskalige Oxide wie Titandioxid und Zinkoxid), Flammschutzmittel (PoIy- phosphate und Phosphor), Silicate und Carbonate zur Verbesserung der mechani- sehen Eigenschaften. Die eingesetzten Formen, in die die erfindungsgemäßen Blends eingeführt werden, können faserverstärkendes Material oder aber Elemente enthalten, die vor Umwelteinflüssen wie Nässe, Sauerstoff, Staubkörner oder andere aggressiven Materialien oder Einflüsse geschützt werden müssen.
Bevorzugte gehärtete Epoxidharze sind solche, die in einem Formteil ausgehärtet sind. Diese Formteile sind ausgewählt aus der Gruppe von Formteilen für Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe, Boote, Sportartikel und Flügeln für Windkraftanlagen. Besonders bevorzugt sind Formteilen für Rotorblätter von Windkraftanlagen.
Diese Formteile können sowohl mit als auch ohne ein faserverstärkendes Material ausgelegt sein und/ oder dem erfindungsgemäßen Blend und/oder der erfindungsgemäßen Mischung kann man noch faserverstärkendes Material zugeben. Die faserverstärkenden Materialien können somit Gewebe, Uni- und Multiaxiale Gelege, Vliese und Kurzfasern aus folgenden Fasermaterialien sein: Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfa- sern, PE-Fasern (Dyneema) und Basaltfasern. Bevorzugt sind Gewebe und Uni- und Multiaxialgelege aus Glasfasern und Kohlefasern. Bei großen Bauteilen, die faserverstärkt sind, sind die Bauteile bevorzugt mit dem faserverstärkendem Material ausgelegt. Besonders bevorzugt sind Uni- und Multiaxialgelege aus Glasfasern. Die Flügelschalen für Windkraftanlagen werden bevorzugt mit Glasfaser-Gelegen ausgelegt.
Die Herstellung der Formkörpern erfolgt bevorzugt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei dem eine entsprechende Form bereit gestellt wird, in diese Form das erfin- dungsgemäße Blend eingebracht wird und erst nach vollständiger Ausfüllung der Form komplett gehärtet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das erfindungsgemäße Blend, das die erfindungsgemäße Mischung enthalten kann bevorzugt über die Infusionstechnologie in die entsprechende Form eingebracht. Hierbei wird an das Formteil Vakuum angelegt. Dieses Vakuum saugt das Blend enthaltend Epoxidharz und die erfindungsgemäße Mischung bei Temperaturen unterhalb der Anfangshärtungstemperatur in die Form ein, so dass die Viskosität während des Füllvorgangs nahezu unverändert bleibt und alle Bereiche des Formteils vom Blend ausgefüllt werden, bevor dieses vollständig ausgehärtet wird. Anschließend erfolgt die vollständige Aus- härtung des Blends im Formkörper. Zum vollständigen Aushärten können von außen weitere Heizquellen angelegt werden.
Die erfindungsgemäße Mischung kann in Gegenwart von Epoxidharzen auch als Strukturkleber von Composite Bauteilen miteinander und auch mit anderen Werkstoffen wie Metallen und Beton verwendet werden. Hierbei kann die erfindungsgemäße Mischung bzw. das erfindungsgemäße Blend mit faserartigen wie Glaskurzfasern und Füllstoffe wie Thixotropiermittel (hydrophile und hydrophobe pyrogene Kieselsäuren), UV - Stabilisatoren (nanoskalige Oxide wie Titandioxid und Zinkoxid), Flammschutzmittel (PoIy- phosphate und Phosphor), Silicate und Carbonate kombiniert werden. Gegenüber dem Stand der Technik kombinieren die Strukturkleber eine lange Verarbeitungszeit mit kurzen Härtungszeiten unter den oben genannten Härtungsbedingungen.
Beispiele
Als Stand der Technik wurde ein kommerziell verfügbares Infusionsharzsystem verwendet, welches seit Jahren zur Herstellung von Rotorblättern von Windkraftanlagen verwendet wird.
Das Harz (Epikote Resin MGS RIM 135 der Fa. Hexion) enthält Bisphenol-A-diglycid- ether und 1 ,6-Hexandiol-diglycidether.
Der Härter (Epikure Curing Agent MGS RIMH 1366 der Fa. Hexion) enthält Alkylether- amin, Aminoethylpiperazin, Isophorondiamin, Benzylalkohol und Nonylphenol.
Das in den nachfolgenden Versuchen verwendete Blend setzt sich folgendermaßen zusammen:
Das Epoxidharz enthält 78 Gew.% handelsüblichen Bisphenol-A-bisglycidylether (Epi- lox A 19-03) und 22 Gew.% Butandiolbisglycidylether (Epilox P13-21 ). Die erfindungsgemäße Mischung zur Härtung des Epoxidharzes enthält 60 Gew.-% Polyetheramin D230, 25 Gew.% Isophorondiamin und 15 Gew.% Tetramethylguanidin.
Die Verarbeitungskenngrößen des Epoxidharzsystems (Epoxidharz und erfindungsgemäße Mischung) wurden mittels rheologischer Messungen (MCR 301 Anton Paar) bestimmt und sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 : Verarbeitungskenngrößen
Die Zeit in der der Blend im VARTM-Verfahren mit einer Viskosität von unter 1 Pas verarbeitet werden kann fällt deutlich länger aus, als für den Stand der Technik. Grafisch ist die Viskositätsentwicklung als Funktion der Zeit im Diagramm 1 (Figur 1 ) dargestellt. Erfindungsgemäßes Blend O D-PP25-SNO; [d=1 mm] O η Viskosität Stand der Technik D D-PP25-SNO; [d=1 mm] D η Viskosität
Alternativ kann bei dem Blend im Vergleich zum Stand der Technik die Infusionstemperatur höher gewählt werden, was über eine temperaturbedingt niedrigere Viskosität zu einer verkürzten Infusionszeit führt. Eine längere Verarbeitungszeit oder schnellere Infusion stellt für sich betrachtet noch keine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, wenn sich dadurch auch die Härtungsdauer verlängert.
Die erfindungsgemäße Mischung kann aber durch eine entsprechende Temperaturführung aktiviert werden, kombiniert somit eine lange Verarbeitungszeit mit einer kurzen Aushärtezeit:
Das Blend, enthaltend Epoxidharz und die erfindungsgemäßen Mischung, besitzt eine Latenz die dazu führt, dass bei den Verarbeitungstemperaturen die Viskosität nur langsam ansteigt. Aber wenn die Temperatur zur Härtung der Bauteile erhöht wird, erhöht sich die Reaktivität über die Reaktivität des Stand der Technik
Das bedeutet durch eine entsprechende Temperaturführung (Verarbeitungstemperatur = 20 0 C - 50°C und Härtungstemperatur = 55°C - 90 0 C) kann die Gesamtzykluszeit reduziert werden, wobei die Verarbeitungszeit sogar verlängert werden kann. Dadurch erhöht sich die Prozessstabilität.
Eine Methode die Zykluszeit abzuschätzen ist die Bestimmung der Vitrifikationszeit. Bei dieser Messung wird mit einem Differential Scanning Calorimeter (DSC) die spezifische
Wärmekapazität als Funktion der Zeit bei einer konstanten Temperatur (im Beispiel
75°C) ermittelt. Die spezifische Wärmekapazität ändert sich beim Übergang von flüssig
(glasartig) nach fest was sich als Stufe im entsprechenden Diagramm darstellt. Die
Ergebnisse des Vergleichs mit dem Stand der Technik sind im Diagramm 2 (Figur 2) dargestellt.
Das Blend erreicht diesen Übergangspunkt ca. 25% eher als das Standardsystem.
Zur Bestätigung dieser Befunde wurden nachfolgend Reinharzplatten nach 2h, 3h, 4h, 5h und 6h Härtung bei 70 0 C untersucht. Für jede Probeplatte wurde auch eine DSC- Probe parallel im Ofen gehärtet und nachher vermessen. Für die Reinharzplatten wur- den sowohl Zug- als auch Biegekennwerte ermittelt.
Die 4mm Reinharzplatten wurden in Aluminiumformen (Wandstärke 6 mm) bei Raumtemperatur gegossen und bei 70 0 C in einen Wärmeofen gestellt. Nach den in der Tabellen angegebenen Zeiten wurde dann jeweils die Form entnommen und die Probe- platte wurde entformt. Die Kennwerte der gehärteten Formkörper finden sich in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2:
Mechanische Kennwerte der Reinharzproben für verschiedene Härtungsbedingungen
Zusammenfassend kann man sagen, dass dieses Blend, enthaltend einem Epoxidharz und die erfindungsgemäße Mischung nach 4-6 h bei 70 0 C, seine mechanischen Endeigenschaften erreicht. Demgegenüber finden sich in den technischen Datenblättern anderer Epoxidharzsysteme (Stand der Technik) Angaben wie 8h bei 80 0 C als empfohlene Härtungsbedingungen.