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Title:
POLYMERIC EPOXY RESIN COMPOSITION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/081076
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a polymeric composition containing: a) at least one epoxy resin; b) at least one copolymer with groups, which react with epoxy resins, and with a glass transition temperature Tg of -20° C or lower; c) nanoparticles having a mean particle size dmax ranging from 5 to 150 nm that is measured by means of a small-angle neutron scattering (SANS). The inventive composition enables the production of adhesives, composite materials, coatings and casting compounds exhibiting improved mechanical properties, particularly improve impact strength.

Inventors:
EGER CHRISTIAN (DE)
SPRENGER STEPHAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/001871
Publication Date:
September 23, 2004
Filing Date:
February 25, 2004
Export Citation:
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Assignee:
HANSE CHEMIE AG (DE)
EGER CHRISTIAN (DE)
SPRENGER STEPHAN (DE)
International Classes:
C08G59/00; C08G59/18; C08G59/40; C08G59/58; C08J5/00; C08K3/00; C08L63/00; H05K1/03; C08K3/36; (IPC1-7): C08G59/00; C08K3/00; C08L63/00
Domestic Patent References:
WO2000020483A22000-04-13
WO2002083776A12002-10-24
Foreign References:
US5686509A1997-11-11
Attorney, Agent or Firm:
Glawe, Delfs Moll (Hamburg, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Polymere Zusammensetzung, die enthält : a) mindestens ein Epoxidharz, b) mindestens ein Copolymer mit gegenüber Epoxiden reaktiven Gruppen und einer Glasübergangstempera tur Tg von20°C oder weniger, c) Nanoteilchen mit einer mittels Neutronenkleinwin kelstreuung (SANS) gemessenen mittleren Teilchen größe d von 5 bis 150 nm.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Epoxidharze ausgewählt sind aus der Grup pe bestehend aus Polyglycidylethern und epoxidierten Cycloaliphaten.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Glasübergangstemperatur T5 des Copolymers20 bis100°C, vorzugsweise30 bis 100°C, weiter vorzugsweise40 bis100°C, weiter vor zugsweise50 bis100°C, weiter vorzugsweise60 bis 100°C beträgt.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Anteil des Copolymers an der Zusammensetzung 2 bis 30 Gew.k, vorzugsweise 4 bis 18 Gew.% beträgt.
5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß das Copolymer in der ausge härteten Zusammensetzung Kautschukdomänen mit einer mittleren Größe von 0,05 bis 20 Am, vorzugsweise 0, 1 bis 10 gm, weiter vorzugsweise 0,2 bis 4 Am bildet.
6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Copolymer ein Carboxy terminiertes Butadienacrylnitril (CTBN) ist.
7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Nanoteilchen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxiden, Carbonaten und Montmorillonit.
8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße ta der Nanoteilchen zwischen 6 und 100 nm, vorzug weise 6 und 40 nm, weiter vorzugsweise 8 und 30 nm, weiter vorzugsweise 10 und 25 nm liegt.
9. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die maximale Halbwertsbreite der Verteilungskurve der Teilchengröße der Nanoteil chen maximal 1, 5 d",., vorzugsweise maximal 1,2 cl", aX, weiter vorzugsweise maximal 0, 75 = betragt.
10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Nanoteilchen eine mono oder multimodale Verteilungskurve aufweisen.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß die Verteilungskurve mono, bioder trimodal ist.
12. Klebstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er eine polyme re Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthält.
13. Klebstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Epoxidharze ausgewählt sind aus der Gruppe be stehend aus Bisphenol Aund Bisphenol Fbasierten Harzen.
14. Klebstoff nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der Anteil der Nanoteilchen an der poly meren Zusammensetzung 0,5 bis 5 Gew.W, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.% beträgt.
15. Verbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er eine polymere Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthält.
16. Verbundwerkstoff nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Epoxidharze ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Bisphenol Aund Bisphenol F basierten Harzen, Novolakharzen und aromatischen Gly cidylaminen.
17. Verbundwerkstoff nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge kennzeichnet, daß der Anteil der Nanoteilchen an der polymeren Zusammensetzung 3 bis 20 Gew.%, vorzugswei se 6 bis 10 Gew.% beträgt.
18. Coating, dadurch gekennzeichnet, daß es eine polymere Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ent hält.
19. Coating nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Epoxidharze ausgewählt sind aus der Gruppe beste hend aus Bisphenol Aund Bisphenol Fbasierten Har zen, sowie epoxidierten Cycloaliphaten.
20. Coating nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich net, daß der Anteil der Nanoteilchen an der polymeren Zusammensetzung 10 bis 50 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.% beträgt.
21. Vergußmasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine po lymere Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthält.
22. Vergußmasse nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Epoxidharze ausgewählt sind aus der Gruppe be stehend aus Bisphenol Aund Bisphenol Fbasierten Harzen.
23. Vergußmasse nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekenn zeichnet, daß der Anteil der Nanoteilchen an der poly meren Zusammensetzung 10 bis 50 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.k beträgt.
24. Verwendung einer polymeren Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Produktes ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Klebstoffen, Verbundwerkstoffen, Coatings und Vergußmassen.
Description:
Polymere Epoxidharz-Zusammensetzung Die Erfindung betrifft polymere Zusammensetzungen auf Epo- xidharz-Basis. Epoxidharze werden im Stand der Technik um- fangreich verwendet für Klebstoffe (heißhärtende Einkompo- nenten-Klebstoffe und raumtemperaturhärtende Zweikomponen- ten-Klebstoffe), als Harzbestandteil von Verbundwerkstof- fen, insbesondere Faserverbundwerkstoffen, für sog. Coa- tings (Beschichtungen) und als Vergussmasse, beispielsweise für den Verguss von Elektronikbauteilen. Epoxidharze sind in ausgehärtetem Zustand in der Regel hart und spröde. Sie besitzen eine geringe mechanische Widerstandsfähigkeit ins- besondere gegen schälende und schlagend Beanspruchungen.

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden (WO-A-00/20483) durch heterodispersen Einbau eines modifizierenden Copoly- mers auf Basis eines Carboxylgruppenhaltigen Butadienacryl- nitrilkautschuks die Schlagzähigkeit von Epoxidharzen zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine polymere Zu- sammensetzung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber dem genannten Stand der Technik verbesserte Ei- genschaften aufweist.

Die erfindungsgemäße polymere Zusammensetzung enthält fol- gende Bestandteile : a) mindestens ein Epoxidharz b) mindestens ein Copolymer mit gegenüber Epoxidharzen re- aktiven Gruppen und einer Glasübergangstemperatur. Tg von

c)-20° C oder weniger, d) Nanoteilchen mit einer mittels Neutronenkleinwinkel- steuerung (SANS) gemessenen mittleren Teilchengröße d von 5 bis 150 nm.

Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.

Epoxidharze sind Monomere oder Prepolymere, die durch- schnittlich zwei oder mehr Epoxidgruppen pro Molekül ent- halten. Die Reaktion dieser Epoxidharze mit einer Reihe von bekannten Härtern führt zu vernetzten oder thermogehärteten Duroplasten. Im Rahmen der Erfindung verwendbare Epoxidhar- ze sind beispielsweise beschrieben in Ullmanns Enzyclopedia of Industrial Chemistry, 6. Auflage, Band A12, Seite 285 ff.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Copolymer muss reaktive Gruppen besitzen, die mit den Epoxygruppen des Epoxidharzes reagieren können und so das Copolymer chemisch in das Epo- xidharz binden. Die Bezeichnung Copoplymer bedeutet in die- sem Zusammenhang, dass das Polymer durch diese reaktiven Gruppen chemisch mit dem Epoxidharz reagieren kann. Dieses Copolymer mit reaktiven Gruppen kann strukturell ein Homo- oder Copolymer bzw. -oligomer sein. Das Copolymer weist ei- ne Glasübergangstemperatur Tg von-20° C oder weniger auf.

Es bildet in dem erfindungsgemäßen Polymer nach dessen Aus- härtung sog. Kautschukdomänen, die diese genannte Glasüber- gangstemperatur besitzen. Bei den Kautschukdomänen handelt es sich um im wesentlichen nur das Copolymer enthaltende Phasen, die in das Epoxidharz eingelagert sind und eine Mo- difizierung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Schlagzähigkeit, bewirken. Innerhalb dieser Kautschuk- domänen können beispielsweise zwischen den Copolymermolekü- len im wesentlichen lediglich van der Waals-Kräfte wirken, im Grenzbereich zur Epoxidharzmatrix erfolgt aufgrund der

gegenüber Epoxiden reaktiven Gruppen ein Einpenetrieren des Copolymers in die Epoxidharzmatrix. Die erfindungsgemäße polymere Zusammensetzung ist nach ihrer Aushärtung in einem Zustand, den man als Grenzfall zwischen einem echten Zwei- phasensystem (Epoxidharzmatrix mit Kautschukdomänen) und einem interpenetrierenden Netzwerk ansehen kann.

Ein weiterer Bestandteil der. erfindungsgemäßen Zusammenset- zung sind Nanoteilchen oder Nanopartikel mit einer mittle- ren Teilchengröße d von 5 bis 150 nm. Als Verfahren zur Messung der mittleren Teilchengröße kommt die Neutronen- kleinwinkelstreuung (SANS small angel neutron scattering) zur Anwendung. Dieses Messverfahren ist dem Fachmann geläu- fig und bedarf hier keiner näheren Erläuterung. Bei der SANS-Messung erhält man eine Teilchengröße-Verteilungs- kurve, bei der der Volumenanteil von Teilchen mit entspre- chender Grö#e (Durchmesser) aufgetragen ist über dem Teil- chendurchmesser. Als mittlere Teilchengrö#e wird der Peak einer solchen SANS-Verteilungskurve, also die größte Volu- menfraktion mit Teilchen entsprechenden Durchmessers, defi- niert.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Modifi- zierung von Epoxidharzen mit Kautschukdomänen bildenden Co- polymeren einerseits und Nanoteilchen oder-partikeln ande- rerseits eine deutliche und unerwartete Verbesserung der mechanischen Eigenschaften einer ausgehärteten erfindungs- gemäßen polymeren Zusammensetzung bewirkt. Man erhält nach der Vernetzung und Härtung Duroplaste mit erheblich verbes- serter Bruch-und Schlagzähigkeit, wobei andere wichtige, für Duroplaste charakteristische Eigenschaften, wie Festig- keit, Wärmeformbeständigkeit und Chemikalienresistenz im wesentlichen unbeeinflusst erhalten bleiben. Für den Fach- mann war nicht zu erwarten, dass die Kombination der für sich genommen jeweils bekannten Modifikation von Epoxid- harzwerkstoffen mit Polymeren einerseits und Nanoteilchen andererseits eines synergistische Wirkung aufweist und eine

deutliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften be- wirkt.

Die Epoxidharze können beispielsweise glycidylbasierte Har- ze sein. Glycidylbasierte Harze sind erhältlich durch Rea- gierenlassen von Epichlorhydrin mit Stoffen, die wenigstens zwei reaktive Wasserstoffatome pro Molekül aufweisen. Es kann sich dabei beispielsweise um Polyphenole, Mono-und Diamine, Aminophenole, heterozyklische Imide und Amide, a- liphatische Diole und Polyole und dimere Fettsäuren han- deln. Unter den glycidylbasierten Epoxidharzen sind die Po- lyglycidylether bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Epoxid- harze auf der Basis des Diglycidylethers von Bisphenol A (DGEBA). Weiterhin verwendbar sind Epoxidharze basierend auf epoxidierten aliphatischen bzw. bevorzugt cycloalipha- tischen Dienen.

Die Auswahl bevorzugter Epoxidharze hängt auch von der be- absichtigten Anwendung der erfindungsgemäßen polymeren Zu- sammensetzung ab, dies wird weiter unten noch näher erläu- tert.

Wenn im Rahmen der Erfindung von einer polymeren Zusammen- setzung gesprochen wird, umfasst dieser Begriff sowohl die noch nicht vernetzte bzw. ausgehärtete Mischung der ent- sprechenden Bestandteile als auch einen daraus hergestell- ten duroplastischen Werkstoff. Bei den noch reaktionsfähi- gen Mischungen kann es sich sowohl um Einkomponentenmi- schungen handeln, die durch äußere Einflüsse zur Reaktion gebracht werden können (beispielsweise heißhärtende Einkom- ponentenklebstoffe) als auch um Mehrkomponentengemische, bei denen nach einer Vermischung der Komponenten die Aus- härtung zum duroplastischen Werkstoff einsetzt (beispiels- weise Zweikomponenten-Epoxidharzkleber).

Die Glasübergangstemperatur Tg der Domänen (Kautschuk- domänen des Copolymers) liegt bevorzugt bei maximal-30° C, weiter vorzugsweise-40,-50 bzw.-60° C. Vorzugsweise un-

terschreitet sie nicht-100° C. Die bevorzugte Glasüber- gangstemperatur hängt auch von der beabsichtigten Anwendung der erfindungsgemäßen polymeren Zusammensetzungen ab. Bei der Anwendung als Strukturklebstoffe im Fahrzeug-oder Flugzeugbau kommt es beispielsweise auf hohe Schlagzähig- keit auch bei tiefen Temperaturen an, um eine hinreichende Festigkeit der Verklebung auch bei Unfällen (Crashsicher- heit) zu gewährleisten. Gängige Prüftemperaturen für die Festigkeit von Strukturverklebungen im Automobilbau sind beispielsweise-40° C, im Flugzeugbau-60° C.

Der Anteil des Copolymers an der erfindungsgemäßen polyme- ren Zusammensetzung beträgt bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%, wei- ter vorzugsweise 4 bis 18 Gew.-%. Die Copolymere sind in der Regel nicht ohne weiteres mit dem Epoxidharz mischbar.

Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung werden daher in der Regel zunächst durch chemische Umset- zung der Copolymere mit einem Überschuss Epoxidharz sog.

Addukte oder Prepolymere hergestellt. Diese Addukte sind mit allen gängigen Epoxidharzen beliebig mischbar. Im Rah- men der Erfindung ist es also nicht erforderlich, dass das Copoplymer beim Vermischen mit den übrigen Bestandteilen der polymeren Zusammensetzung noch reaktive Gruppen auf- weist. Vielmehr ist es bevorzugt, diese reaktiven Gruppen bereits in einer Vorstufe mit einem Teil des Epoxidharzes abreagieren zu lassen, wobei dieser Epoxidharzanteil einen molaren Überschuss von Epoxygruppen gegenüber den reaktiven Gruppen gegenüber den reaktiven Gruppen des Copolymers auf- weist. Gegenstand der Erfindung ist somit eine polymere Zu- sammensetzung gemäß der Definition des Anspruchs 1 unabhän- gig davon, in welcher Reihenfolge diese Bestandteile zusam- mengegeben und gegebenenfalls reagieren gelassen werden und ob dies einstufig oder in mehreren aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten erfolgt. Während der Härtung einer er- findungsgemäßen Zusammensetzung tritt dann eine Phasentren- nung auf und es bilden sich in der Epoxidharzmatrix die be-

reits beschriebenen Kautschukdomänen aus, welche über die Epoxidendgruppen chemisch in die Matrix eingebunden sind.

Die Kautschukdomänen in der ausgehärteten Zusammensetzung besitzen vorzugsweise eine mittlere Größe bestimmt durch REM oder TEM von 0,05 bis 20 m, weiter vorzugsweise 0,1 bis 10 m, weiter vorzugsweise 0,2 bis 4 m.

Beispiele für die Copolymeren sind 1,3-Dienpolymere mit Carboxylgruppen und weiteren polaren ethylenisch ungesät- tigten Comonomeren. Als Dien kann dabei Butadien, Isopren oder Chloropren eingesetzt werden, bevorzugt ist Butadien.

Beispiele für polare, ethylenische ungesättigte Comonomere sind Acrylsäure, Methacrylsäure, niedere Alkylester der Ac- ryl-oder Methacrylsäure, beispielsweise deren Methyl-oder Ethylester, Amide der Acryl-oder Methacrylsäure, Fumarsäu- re, Itakonsäure, Maleinsäure oder'deren niedere Alkylester oder Halbester, oder Maleinsäure-oder Itakonsäureanhydrid, Vinylester wie beispielsweise Vinylacetat oder insbesondere Acrylnitril oder Methacrylnitril. Ganz besonders bevorzugte Copolymere sind Carboxyl-terminierte Butadienacrylnitrilco- polymere (CTBN), oder aminofunktionelle Butadienacryl- nitrilcopolymere (ATBN) die in flüssiger Form unter dem Handelsnamen Hycar von der Firma Noveon (früher B. F. Goodrich) angeboten werden. Diese haben Molekularge- wichte zwischen 2000 und 5000 und Acrylnitrilgehalte zwi- schen 10% und 30%. Konkrete Beispiele sind Hycar CTBN 1300 X 8, 1300 X 13,1300 X 18 oder ATBN 1300 X 16.

Im Rahmen der Erfindung sind zur Aushärtung des Epoxidhar- zes bekannte und dem Fachmann geläufige Härtungssysteme vorgesehen.

Als thermisch aktivierbare oder latente Härter für das Epo- xidharz können bspw. Guanidine, substituierte Guanidine, substitutierte Harnstoffe, Melaminharze, Guanamin-Derivate, cyclische tertiäre Amine, aromatische Amine und/oder deren

Mischungen eingesetzt werden. Dabei können die Härter so- wohl stöchiometisch mit in die Härtungsreaktion einbezogen sein, sie können jedoch auch katalytisch wirksam sein. Bei- spiele für substituierte Guanidine sind Methylguanidin, Di- methylguanidin, Trimethylguanidin, Tetramethylguanidin, Me- thylisobiguanidin, Dimethylisobiguanidin, Tetramethylisobi- guanidin, Hexamethylisobiguanidin, Hepamethylisobiguanidin und ganz besonders Cyanoguanidin (Dicyandiamid). Als Ver- treter für geeignete Guanamin-Derivate seien alkylierte Benzoguanamin-Harze, Benzoguanamin-Harze oder Methoximethy- lethoxymethylbenzoguanamin genannt. Für hitzehärtende Ein- komponenten-Pastenklebstoffe ist Dicyandiamid geeignet. Da- mit ist eine gute Lagerstabilität der Zusammensetzung ge- währleistet.

Zusätzlich oder anstelle von den vorgenannten Härtern kön- nen katalytisch wirksame substituierte Harnstoffe einge- setzt werden. Dies sind insbesondere der p-Chlorphenyl-N, N-dimethylharnstoff (Monuron), 3-Phenyl-l, 1-Dimethylharn- stoff (Fenuron) oder 3, 4-Dichlorphenyl-N, N-dimethylharn- stoff (Diuron). Prinzipiell können auch katalytisch wirksa- me tertiäre Acryl-oder Alkyl-Amine, wie beispielsweise das Benzyldimethylamin, Tris (dimethylamino) phenol, Piperidin oder Piperidinderivate eingesetzt werden. Weiterhin können diverse, vorzugsweise feste Imidazolderivate als kataly- tisch wirksame Beschleuniger oder Alleinhärter eingesetzt werden. Stellvertretend genannt seien 2-Ethyl-2-methyl- imidazol, N-Butylimidazol, Benzimidazol sowie N-C1 bis C12 Alkylimidazole oder N-Arylimidazole. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen gängige weitere Hilfs- und Zusatzmittel wie z. B. Weichmacher, Reaktivverdünner, Rheologie-Hilfsmittel, Netzmittel, Alterungsschutzmittel, Stabilisatoren und/oder Farbpigmente enthalten.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen lassen sich als einkomponentige Klebstoffe formulieren, wobei diese sowohl als hochviskose warm applizierbare Klebstoffe formuliert

werden können als auch als thermisch härtbare Schmelzkleb- stoffe.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können auch als zweikomponentige Epoxy-Klebstoffe formuliert werden, bei denen die beiden Reaktionskomponenten erst kurz vor der Ap- plikation miteinander vermischt werden, wobei die Aushär- tung dann bei Raumtemperatur. oder mäßig erhöhter oder er- niedriger Temperatur stattfindet. Als zweite Reaktionskom- ponente können hierbei die für zweikomponentige Epoxy- Klebstoffe an sich bekannten Reaktionskomponenten einge- setzt werden können, beispielsweise Di-oder Polyyamine, aminoterminierte Polyalkylenglykole (z. B. Jeffamine, Amino- Poly-THF) oder Polyaminoamide. Weitere Reaktivpartner kön- nen mercaptofunktionelle Prepolymere sein wie z. B. die flüssigen Thiokol-Polymere. Grundsätzlich können die erfin- dungsgemäßen Epoxyzusammensetzungen auch mit Carbonsäurean- hydriden als zweiter Reaktionskomponente ausgehärtet wer- den.

Der Anteil des Härters bezogen auf die Gesamtmenge von Epo- xidharz und Härter kann bevorzugt zwischen 4 und 50 Gew.-% liegen.

Die Nanoteilchen sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxiden, Carbonaten (beispielsweise Kreiden) und Montmorillonit. Besonders bevorzugt sind Sili- ciumdioxidnanoteilchen, wie sie in der WO-A-02/083776 of- fenbart sind. Bevorzugt sind die Nanoteilchen oberflächen- modifiziert, um deren Agglomeration zu verhindern oder ver- ringern und den Einbau in die Harzmatrix zu erleichtern.

Bei Siliciumdioxiden ist eine bevorzugte Oberflächenmodifi- kation die Silanisierung mit geeigneten Silanen.

Die Silane können hydrolysierbare und nicht hydrolysierba- re, ggf. funktionelle Gruppen aufweisen. Beispiele für hydrolysierbare Gruppen sind Halogen-, Alkoxy-, Alkenoxy-, Acylox-, Oximino-und Aminogruppen. Beispiele für funktio-

nelle, nicht hydrolysierbare Gruppen sind Vinyl-, Aminopro- pyl-, Chlorpropyl-, Aminoethylaminopropyl-, Glycidyloxypro- pyl-, Mercaptopropyl-oder Methacryloxypropyl-Gruppen. Bei- spiele für nicht hydrolisierbare, nicht funktionelle Grup- pen sind einwertige C1-bis C8-Kohlenwasserstoffreste. Bei- spiele für erfindungsgemäß verwendbare Silane sind : y- Aminopropyltrimethoxysilan, y-Aminopropylmethyldiethoxy- silan, y-Amino-Propyldimethylmethoxysilan, Glycidyloxypro- pyltrimethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Chloropropyltrimethoxysilan, Vinylmethyldimethoxysilan, Vi- nyltrispropenoxysilan, Vinyldimethylbutanoximsilan, Vi- nyltrisbutanonoximsilan, Trimethylchlorsilan, Vinyldi- methylchlorsilan, Dimethylchlorsilan, Vinylmethylchlorsi- lan.

Die Silane werden bevorzugt in einer Konzentration von 40 bis 200 Mol-t und besonders bevorzugt von 60 bis 150 Mol- bezogen auf die molare Menge Silanolgruppen auf der Ober- fläche der Nanoteilchen eingesetzt.

Die mittlere Teilchengrö#e dmax der Nanoteilchen liegt be- vorzugt zwischen 6 und 100 nm, weiter vorzugsweise 6 und 40 nm, weiter vorzugsweise 8 und 30 nm, weiter vorzugsweise 10 und 25 nm. Die maximale Halbwertsbreite der Verteilungskur- ve der Teilchengröße der Nanoteilchen beträgt vorzugsweise maximal 1,5 dmaX, weiter vorzugsweise maximal 1,2 dmax, wei- ter vorzugsweise maximal 0,75 d. Die Halbwertsbreite der Verteilungskurve ist die Breite (in nm) der Verteilungskur- ve auf halber Höhe, also bei der Hälfte des Teilchenvolu- menanteils bei dem Verteilungskurvenpeak cl", oder (anders ausgedrückt) die Breite der Verteilungskurve auf halber Hö- he der Y-Achse (relativ zur Höhe der Kurve bei d"",.).

Die Nanoteilchen können eine mono-oder multimodale Vertei- lungskurve aufweisen. Bei einer monomodalen Verteilungskur- ve weist diese lediglich ein Maximum auf. Eine multimodale Verteilungskurve weist zwei oder mehr Maxima auf, innerhalb

des genannten Bereichs von 5 bis 150 nm gibt es also zwei oder mehr Maxima d der Kurve. Unter den Nanoteilchen mit multimodalen Verteilungskurven sind Teilchen mit bi-oder trimodaler Verteilungskurve bevorzugt. Bei multimodalen Verteilungskurven wird die Breite der Halbwertskurve für jedes Maximum separat bestimmt.

Gegenstand der Erfindung ist. ferner ein Klebstoff, der eine erfindungsgemäße polymere Zusammensetzung enthält. Weiter oben sind Ein-und Zweikomponenten-Epoxidharzklebstoffe so- wie deren mögliche Verwendung insbesondere für Strukturver- klebungen im Fahrzeug-und Flugzeugbau bereits erläutert worden. Bei Klebstoffen werden die Epoxidharze bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bisphenol A und Bisphenol F basierten Harzen. Der Anteil der Nanoteilchen an der polymeren Zusammensetzung beträgt bei Klebstoffen bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-, weiter vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%. Es hat sich herausgestellt, dass erfindungsgemäße Klebstoffe mit Nanoteilchengehalten von deutlich über 2 Gew.-W keine signifikante Verbesserung der Schlagzähigkeit (gemessen durch Zugscherversuche nach DIN 55283) mehr er- reichen.

Gegenstand der Erfindung sind ferner Verbundwerkstoffe, die erfindungsgemäße polymere Zusammensetzungen enthalten. Es handelt sich insbesondere um Faserverbundwerkstoffe wie Glasfaser-oder Kohlefaserverbundwerkstoffe. Die polymere Zusammensetzung der Erfindung ist in einem solchen Verbund- werkstoff das Imprägnierharz. Das Imprägnierharz ist das Matrixharz, in dem die Fasern oder Gewebe eingebettet sind, unabhängig von dem Einbettungsverfahren. Aufgrund der sehr geringen Teilchengröße der Nanoteilchen kann eine erfin- dungsgemäße polymere Zusammensetzung als Imprägnierharz problemlos auch in dichtgepackte Verstärkungsfasern, wie sie für hoch beanspruchte Verbundwerkstoffe vorgesehen sind, eindringen. Damit können sich die vorteilhaften me- chanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammenset- zung im gesamten Bauteil entfalten. Für die Verwendung im

Rahmen von Verbundwerkstoffen sind die Epoxidharze bevor- zugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bisphenol A und Bisphenol F basierten Harzen, Novolakharzen und aroma- tischen Glycidylaminen. Der Anteil der Nanoteilchen an der polymeren Zusammensetzung beträgt bevorzugt 3 bis 20 Gew.- , weiter vorzugsweise 6 bis 10 Gew.-%. Erfindungsgemäße Verbundwerkstoffe können bspw. zur Herstellung von Leiter- platten, Strukturbauteilen für Fahrzeuge und Flugzeuge, Sportgeräte, Radarmasten, Windmühlenflügeln oder derglei- chen verwendet werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Coatings, die eine erfindungsgemäße polymere Zusammensetzung enthalten.

Solche Coatings können beispielsweise Farben, Lacke oder sonstige Beschichtungen sein. Bei Coatings wirkt sich be- sonders vorteilhaft aus, dass durch den Gehalt an Nanoteil- chen die Abrieb-und Kratzfestigkeit sowie die Sperrwirkung gegen die Penetration der Beschichtung durch Gase und Feuchtigkeit erhöht werden. Für die Verwendung bei Coatings werden die Epoxidharze der erfindungsgemäßen polymeren Zu- sammensetzung bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bisphenol A und Bisphenol F basierten Harzen sowie epo- xidierten Cycloaliphaten. Der Anteil der Nanoteilchen an der polymeren Zusammensetzung beträgt bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, weiter vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-%.

Gegenstand der Erfindung sind ferner Vergussmassen, die ei- ne erfindungsgemäße polymere Zusammensetzung enthalten.

Vergussmassen werden in der Elektro-und Elektronikindust- rie als Elektroisolierharze beispielsweise beim Verguss von Spulen oder Transformatoren verwendet oder als sog. Die- Attach-Klebstoff zum Verkleben von Bauteilen auf Leiter- platten eingesetzt. Beim Verguss von Spulen kommt es darauf an, dass die Vergussmasse (das Imprägnierharz) möglichst leicht und fehlerfrei durch die oft nur wenige p. m großen Abstände der Spulenwicklungen fließen kann. Dies ist bei den nanogefüllten polymeren Zusammensetzungen der Erfindung problemlos möglich. Für die Verwendung im Rahmen von Ver-

gussmassen werden die Epoxidharze bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bisphenol A und Bisphenol F ba- sierten Harzen sowie der epoxidierten Cycloaliphaten. Der Anteil der Nanoteilchen an der polymeren Zusammensetzung beträgt bevorzugt 10 bis 50 Gew.-k, weiter vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-%.

Gegenstand der Erfindung ist. somit auch die Verwendung ei- ner erfindungsgemäßen polymeren Zusammensetzung zur Her- stellung eines Produktes ausgewählt aus der Gruppe beste- hend aus Klebstoffen, Verbundwerkstoffen, Coatings und Ver- gussmassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen erläu- tert.

Beispiele 1 und 2 Formulierung heißhärtender Einkomponenten-Klebstoffe.

Heißhärtende Einkomponentenklebstoffe wurden gemäß der Re- zeptur der nachfolgenden Tabelle 1 eingesetzt. Die Zahlen- angaben in der Tabelle sind Gewichtsanteile. Beispiel 1 und 2 sind erfindungsgemäße Beispiele, Kontrolle 1 ist ein Epo- xidharz, Kontrolle 2 ein Epoxidharz mit einem CTBN- Copolymer Tabelle 1 Kont 1 Kont 2 Bspl. 1 Bspl. 2 DGEBA 100 77, 5 73, 7 76, 0 Nana-Addukt--43, 8 40, 0 Albipox 2000-37, 5-- Cabot TS 720 2 2 2 2 Dyhard 100 SF 4 4 4 4 Dyhard UR 300 2 2 2 2 Gew.-s Nanoteil-0 0 2, 0 0, 81 chen

DGEBA : Diglycidylether des Bisphenol A Nanoaddukt : monomodales Sio2 mit einer devon 20 nm in ei- nem Addukt aus DGEBA-Epoxidharz und dem CTBN-Kautschuk Hy- car 1300 X 13.

Albipox 2000 : Kautschukmodifiziertes Epoxidharz, Harzbasis DGEBA, NBR-Kautschukgehalt 40% (Fa. hanse chemie GmbH Cabot TS 720 : Pyrogene Kieselsäure als Thixotropiermittel Dyhard 100 SF : Heißhärter auf Basis Dicyandiamid Dyhard UR 300 : Härtungsbeschleuniger auf Basis Monuron (p- Chlorphenyl-N, N-Dimethylharnstoff) Beispiele 3 und 4 Zweikomponentenklebstoffe Zweikomponentenklebstoffe wurden gemäß den Rezepturen der Tabelle 2 angesetzt. Die Zahlenangaben in der Tabelle sind Masseteile. Die Beispiele 3 und 4 sind erfindungsgemäße Beispiele, Kontrolle 3 ist ein Vergleichsbeispiel ohne Na- noteilchen.

Tabelle 2 Kont 3 Bspl. 3 Bspl. 4 Komponente A DGEBA 100 92, 5 96, 25 Nanopox-12, 5 6, 25 Komponente B Polypox P 502 91, 5 88, 9 90, 4 Hycar 1300x16 45, 8 44, 5 45, 2 Gew.-% Nanoteilchen 0 2, 1 1, 05

Nanopox : 40 Gew.-% Nano-SiO2 mit einer tu von 20 nm in DGEBA.

Polypox P 502 Härter auf Basis Isophorondiamin (Hersteller UPPC) Hycar 1300 X ATBN erhältlich von der Firma Noveon 16 : Beispiel 5 Zugscherfestigkeitsversuche Die Einkomponentenklebstoffe der Tabelle 1 bzw. die Kompo- nenten A und B der Zweikomponentenklebstoffe der Tabelle 2 wurden für Zugscherversuche nach DIN 55283 auf unbehandel- tes Aluminium aufgetragen. Die Dicke der Klebschicht wurde mittels Glasperlen auf 0,5 mm eingestellt. Die Klebstoffe der Tabelle 1 wurde 1 Stunde bei 120°C und anschließend zwei Stunden bei 180°C gehärtet. Die Zweikomponentenkleb- stoffe der Tabelle 2 wurden 24 Stunden bei Raumtemperatur und zwei Stunden bei 60°C gehärtet.

Folgende Zugscherfestigkeiten (gemessen in MPa) wurden er- mittelt : Kontrolle 1 : 10,9 Kontrolle 2 : 16,7 Beispiel 1 : 18, 3 Beispiel 2 : 20,1 Kontrolle 3 : 13,4 Beispiel 3 : 17,8 Beispiel 4 : 19,2