Im Stand der Technik bekannte wärmehärtbare Zusammensetzungen
sind im Allgemeinen wärmehärtbare Harze, enthaltend anorganische Füller
und/oder Fasern. Beim Erwärmen zeigen wärmehärtbare Monomere zunächst
Viskositäten, die niedrig genug sind, um Schmelzverarbeitung und das Formen
eines Gegenstands aus der gefüllten Monomerzusammensetzung zu erlauben. Bei
weiterem Erwärmen reagieren die wärmehärtbaren Monomere und härten
aus, um harte Harze mit hoher Festigkeit zu bilden.
Eine industrielle Verwendung für wärmehärtbare Zusammensetzungen
ist das Gießen von Automobilwandverkleidungen. Diese Verkleidungen zeigen vorzugsweise
hohe Dimensionsstabilität und eine glatte Gießoberfläche. Es ist
ebenfalls bevorzugt, dass die Abmessungen der geformten Teile eng mit denen der
Form übereinstimmen, die für ihre Herstellung verwendet wird.
Wärmehärtbare Zusammensetzungen, basierend auf ungesättigten
Polyesterharzen und Styrol, sind dafür bekannt, reduzierte Schrumpfung und
verbesserte Oberflächeneigenschaften zu zeigen, wenn sie ein so genanntes schrumpfarmes
Additiv (low-profile additive), wie z.B. ein Polymethacrylat-Copolymer, enthalten.
Siehe z.B. V. A. Pattison et al. J. Appl. Poly. Sci, Band 18, Seiten 2763-2771 (1974).
Obwohl bekannte schrumpfarme Additive die Leistung der Polyesterduroplaste verbessern,
besteht eine Notwendigkeit für Zusammensetzungen, die weitere Verbesserungen
zeigen, insbesondere in Oberflächencharakteristiken.
US-Patent Nr. 6 352 782 von Yeager et al. beschreibt wärmehärtbare
Zusammensetzungen aus Polyarylenetherharzen, die mit ethylenisch ungesättigten
Gruppen verkappt wurden. Diese Zusammensetzungen zeigen wünschenswerte Eigenschaften,
einschließlich hohen Glasübergangstemperaturen und niedrigen thermischen
Expansionskoeffizienten. Jedoch sind für Polyesterduroplasten bekannte schrumpfarme
Additive unwirksam bei Polyarylenether enthaltenden Zusammensetzungen.
WO-A-03002667 offenbart eine formbare wärmehärtbare Zusammensetzung
aus einem Polyarylenether, einem wärmehärtbaren Harz, einem zäh machenden
Mittel und einem Aminhärtungsmittel. Die Zusammensetzungen können bequem
ohne Lösungsmittel hergestellt werden und der Polyarylenether kann in der Form
eines leicht im wärmehärtbaren Harz aufzulösenden Feststoffkonzentrats
zur Verfügung gestellt werden.
WO-A-02057365 offenbart eine leitfähige wärmehärtbare
Zusammensetzung aus einem funktionalisierten Polyarylenether, einem alkenylaromatischen
Monomer, einem Acryloylmonomer und einem leitfähigen Mittel. Nach Härtung
zeigt die Zusammensetzung gute Festigkeit, Zähigkeit, Wärmebeständigkeit
und Leitfähigkeit und ist geeignet für die Herstellung einer Vielzahl
von leitfähigen Bestandteilen, einschließlich den bipolaren Platten von
Brennstoffzellen.
US-A-2001/0053820 offenbart eine wärmehärtbare Zusammensetzung
aus einem verkappten Polyarylenether, einem alkenylaromatischen Monomer und einem
Acryloylmonomer. Die Zusammensetzung stellt gute Fließeigenschaften und schnelle
Härtungsgeschwindigkeiten zur Verfügung. Nach Härtung zeigt die Zusammensetzung
gute Festigkeit, Zähigkeit, Wärmebeständigkeit und dielektrische
Eigenschaften.
Es verbleibt eine Notwendigkeit für wärmehärtbare Zusammensetzungen,
die reduzierte Schrumpfung beim Formen und verbesserte Oberflächencharakteristiken
zeigen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Das oben beschriebene und andere Nachteile werden durch eine härtbare
Zusammensetzung verringert, aufweisend einen funktionalisierten Polyarylenether,
ein alkenylaromatisches Monomer, ein Acryloylmonomer und ein polymeres Additiv,
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polystyrol, einem Poly(styrolmaleinsäureanhydrid),
einem Polystyrol-methylmethacrylat), einem Polybuten, einem Polyethylen-butylen),
einem Polyvinylether, einem Polyvinylalkanoat, wobei die Alkanoatgruppe zumindest
drei Kohlenstoffe hat, sowie Kombinationen aus zumindest einem der vorhergehenden
polymeren Additive.
Andere Ausführungsformen, einschließlich Verfahren zur Herstellung
einer härtbaren Zusammensetzung, einer gehärteten Zusammensetzung aus
dem Reaktionsprodukt der härtbaren Zusammensetzung und Gegenständen aus
der gehärteten Zusammensetzung, sind unten beschrieben.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform ist eine härtbare Zusammensetzung aus:
funktionalisiertem Polyarylenether, einem alkenylaromatischen Monomer, einem Acryloylmonomer
und einem polymeren Additiv, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem
Polystyrol, einem Poly(styrol-maleinsäureanhydrid), einem Polystyrol-methylmethacrylat),
einem Polybuten, einem Polymaleinsäureanhydrid, einem Polystyrol-methylmethacrylat),
einem Polybuten, einem Polyethylen-butylen), einem Polyvinylether, einem Polyvinylalkanoat,
wobei die Alkanoatgruppe zumindest drei Kohlenstoffe hat, sowie Kombinationen aus
zumindest einem der vorhergehenden polymeren Additive.
Nach intensiven Untersuchungen haben die vorliegenden Erfinder polymere
Additive charakterisiert und identifiziert, welche die Schrumpfung beim Formen reduzieren
und Formoberflächencharakteristiken von Polyarylenether enthaltenden wärmehärtbaren
Zusammensetzungen verbessern.
Die Zusammensetzung weist einen funktionalisierten Polyarylenether
auf, der ein verkappter Polyarylenether oder ein ringfunktionalisierter Polyarylenether
sein kann, von denen jeder unten defniert ist.
Der funktionalisierte Polyarylenether kann ein verkappter Polyarylenether
sein. Ein verkappter Polyarylenether ist hier definiert als ein Polyarylenether,
bei dem zumindest 50%, vorzugsweise zumindest 75%, stärker bevorzugt zumindest
90%, noch stärker zumindest 95%, und noch viel stärker bevorzugt zumindest
99% der freien Hydroxylgruppen, die in dem entsprechenden nicht verkappten Polyarylenether
vorhanden sind, durch Reaktion mit einem Verkappungsmittel funktionalisiert wurden.
Der verkappte Polyarylenether kann durch die Struktur
Q(J-K)y
dargestellt werden, wobei Q der Rest eines einwertigen, zweiwertigen oder mehrwertigen
Phenols, vorzugsweise der Rest eines einwertigen oder zweiwertigen Phenols, stärker
bevorzugt der Rest eines einwertigen Phenols ist, y 1 bis 100 ist, J Wiederholungsstruktureinheiten
mit der Formel
aufweist, wobei m 1 bis etwa 200, vorzugsweise 2 bis etwa 200 ist und R1-R4
jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, primäres oder sekundäres
C1-C12-Alkyl, C2-C12-Alkenyl, C2-C12-Alkinyl,
C1-C12-Aminoalkyl, C1-C12-Hydroxyalkyl,
Phenyl, C1-C12-Halogenalkyl, C1-C12-Hydrocarbonoxy,
C2-C12-Halogenhydrocarbonoxy sind, wobei zumindest zwei Kohlenstoffatome
die Halogen- und Sauerstoffatome trennen, oder Ähnliches, und K eine Verkappungsgruppe
ist, hergestellt durch Reaktion einer phenolischen Hydroxylgruppe an dem Polyarylenether
mit einem Verkappungsmittel. Die resultierenden Verkappungsgruppen können
oder Ähnliches sein, wobei R5 C1-C12-Alkyl
oder Ähnliches ist, R6-R8 jeweils unabhängig Wasserstoff,
C1-C12-Alkyl, C2-C12-Alkenyl, C6-C18-Aryl,
C7-C18 alkylsubstituiertes Aryl, C7-C18
arylsubstituiertes Alkyl, C2-C12-Alkoxycarbonyl, C7-C18-Aryloxycarbonyl,
C7-C18 alkylsubstituiertes Aryloxycarbonyl, C7-C18
arylsubstituiertes Alkoxycarbonyl, Nitril, Formyl, Carboxylat, Imidat, Thiocarboxylat
oder Ähnliches ist, R9-R13 jeweils unabhängig Wasserstoff,
Halogen, C1-C12-Alkyl, Hydroxy, Amino oder Ähnliches
sind, und wobei Y eine zweiwertige Gruppe ist, wie z.B.
oder Ähnliches, wobei R14 und R15 jeweils unabhängig
voneinander Wasserstoff, C1-C12-Alkyl oder Ähnliches
ist.
In einer Ausführungsform ist Q der Rest eines Phenols, einschließlich
polyfunktionellen Phenolen, und enthält Reste der Struktur
wobei R1-R4 jeweils unabhängig Wasserstoff, Halogen,
primäres oder sekundäres C1-C12-Alkyl, C1-C12-Alkenyl,
C1-C12-Alkinyl, C1-C12-Aminoalkyl, C1-C12-Hydroxyalkyl,
Phenyl, C1-C12-Halogenalkyl, C1-C12-Aminoalkyl,
C1-C12-Hydrocarbonoxy, C1-C12-Halogenhydrocarbonoxy
sind, wobei zumindest zwei Kohlenstoffatome die Halogen- und Sauerstoffatome trennen,
oder Ähnliches, X Wasserstoff, C1-C12-Alkyl, C6-C18-Aryl,
C7-C18 alkylsubstituiertes Aryl, C7-C18
arylsubstituiertes Alkyl sein kann oder jede der vorhergehenden Kohlenwasserstoffgruppen,
enthaltend zumindest einen Substituenten, wie z.B. Carbonsäure, Aldehyd, Alkohol,
Aminoreste oder Ähnliches, X auch Schwefel, Sulfonyl, Sulfuryl, Sauerstoff
oder eine andere solche überbrückende Gruppe sein kann, die eine Wertigkeit
von zwei oder mehr hat, um in verschiedenen Bis- oder höheren Polyphenolen
zu resultieren, y und n unabhängig 1 bis etwa 100, vorzugsweise 1 bis 3 und
stärker bevorzugt 1 bis 2 sind, in einer bevorzugten Ausführungsform y=n
ist, Q auch der Rest eines Diphenols sein kann, wie z.B. 2,2',6,6'-Tetramethyl-4,4'-diphenol.
In einer Ausführungsform wird der verkappte Polyarylenether hergestellt
durch Verkappen eines Polyarylenethers, bestehend im Wesentlichen aus dem Polymerisationsprodukt
von zumindest einem einwertigen Phenol mit der Struktur
wobei R1-R4 jeweils unabhängig Wasserstoff, Halogen,
primäres oder sekundäres C1-C12-Alkyl, C2-C12-Alkenyl,
C2-C12-Alkinyl, C1-C12-Aminoalkyl, C1-C12-Hydroxyalkyl,
Phenyl, C1-C12-Halogenalkyl, C1-C12-Hydrocarbonoxy,
C2-C12-Halogenhydrocarbonoxy sind, wobei zumindest zwei Kohlenstoffatome
die Halogen- und Sauerstoffatome trennen, oder Ähnliches. Geeignete einwertige
Phenole beinhalten solche, wie sie in US-Patent Nr. 3 306 875 von Hay beschrieben
sind, und stark bevorzugte einwertige Phenole beinhalten 2,6-Dimethylphenol und
2,3,6-Trimethylphenol. Der Polyarylenether kann ein Copolymer aus zumindest zwei
einwertigen Phenolen sein, wie z.B. 2,6-Dimethylphenol und 2,3,6-Trimethylphenol.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der verkappte Polyarylenether
zumindest eine Verkappungsgruppe mit der Struktur
wobei R6-R8 jeweils unabhängig von Wasserstoff,
C1-C12-Alkyl, C2-C12-Alkenyl, C6-C18-Aryl,
C7-C18 alkylsubstituiertes Aryl, C7-C18
arylsubstituiertes Alkyl, C2-C12-Alkoxycarbonyl, C7-C18-Aryloxycarbonyl,
C7-C18 alkylsubstituiertes Aryloxycarbonyl, C7-C18
arylsubstituiertes Alkoxycarbonyl, Nitril, Formyl, Carboxylat, Imidat, Thiocarboxylat
oder Ähnliches sein kann. Stark bevorzugte Verkappungsgruppen beinhalten Acrylat
(R6=R7=RB=Wasserstoff) und Methacrylat (R6=Methyl,
R7=R8=Wasserstoff).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der verkappte
Polyarylenether zumindest eine Verkappungsgruppe mit der Struktur
wobei R5 C1-C12-Alkyl ist, vorzugsweise C1-C6-Alkyl,
stärker bevorzugt Methyl, Ethyl oder Isopropyl. Die vorliegenden Erfinder haben
überraschenderweise gefunden, dass die vorteilhaften Eigenschaften ihrer Erfindung
sogar dann erreicht werden können, wenn es dem verkappten Polyarylenether an
einer polymerisierbaren Funktion mangelt, wie z.B. einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der
verkappte Polyarylenether zumindest eine Verkappungsgruppe mit der Struktur
auf, wobei R9-R13 jeweils unabhängig Wasserstoff, Halogen,
C1-C12-Alkyl, Hydroxy, Amino oder Ähnliches sind. Bevorzugte
Verkappungsgruppen dieser Art beinhalten Salicylat (R9=Hydroxy, R10-R13=Wasserstoff).
In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der verkappte
Polyarylenether zumindest eine Verkappungsgruppe mit der Struktur
auf, wobei A eine gesättigte oder ungesättigte zweiwertige C2-C12-Kohlenwasserstoffgruppe
ist, so wie z.B. Ethylen, 1,2-Propylen, 1,3-Propylen, 2-Methyl-1,3-propylen, 2,2-Dimethyl-1,3-propylen,
1,2-Butylen, 1,3-Butylen, 1,4-Butylen, 2-Methyl-1,4-butylen, 2,2-Dimethyl-1,4-butylen,
2,3-Dimethyl-1,4-butylen, Vinylen (-CH=CH-), 1,2-Phenylen und Ähnliches. Diese
verkappten Polyarylenetherharze können bequem hergestellt werden, z.B. durch
Reaktion eines unverkappten Polyarylenethers mit einem cyclischen Anhydridverkappungsmittel.
Solche cyclischen Anhydridverkappungsmittel beinhalten z.B. Maleinsäureanhydrid,
Succinsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid
und Ähnliches.
Es gibt keine besondere Einschränkung für das Verfahren,
durch welches der verkappte Polyarylenether hergestellt wird. Der verkappte Polyarylenether
kann durch die Reaktion eines unverkappten Polyarylenethers mit einem Verkappungsmittel
gebildet werden. Verkappungsmittel beinhalten Verbindungen, die in der Literatur
dafür bekannt sind, dass sie mit phenolischen Gruppen reagieren. Solche Verbindungen
beinhalten sowohl Monomere als auch Polymere, enthaltend z.B. Anhydrid-, Säurechlorid-,
Epoxyd-, Carbonat-, Ester-, Isocyanat-, Cyanatester- oder Alkylhalogenidreste. Verkappungsmittel
sind nicht auf organische Verbindungen beschränkt, so wie z.B. auch Verkappungsmittel
auf Phosphor- und Schwefelbasis eingeschlossen sind. Beispiele für Verkappungsmittel
beinhalten z.B. Essigsäureanhydrid, Succinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid,
Salicylsäureanhydrid, Polyester aus Salicylateinheiten, Homopolyester aus Salicylsäure,
Acrylsäureanhydrid, Methacrylsäureanhydrid, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat,
Acetylchlorid, Benzoylchlorid, Diphenylcarbonate, wie z.B. Di(4-nitrophenyl)carbonat,
Acryloylester, Methacryloylester, Acetylester, Phenylisocyanat, 3-Isopropenyl-alpha,alpha-dimethylphenylisocyanat,
Cyanatobenzol, 2,2-Bis(4-cyanatophenyl)propan, 3-(alpha-Chlormethyl)styrol,
4-(alpha-Chlormethyl)styrol, Allylbromid und Ähnliches, Carbonat und substituierte
Derivate davon, sowie Mischungen davon. Diese und andere Verfahren zur Bildung von
verkappten Polyarylenethern sind z.B. in US-Patent Nrn. 3 375 228 von Holoch et
al., 4 148 843 von Goossens, 4 562 243, 4 663 402, 4 665 137 und 5 091 480 von Percec
et al., 5 071 922, 5 079 268, 5 304 600 und 5 310 820 von Nelissen et al., 5 338
796 von Vianello et al. und im Europäischen Patent Nr. 261 574 B1 von Peters
et al. beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der verkappte Polyarylenether
durch Reaktion eines unverkappten Polyarylenethers mit einem Anhydrid in einem alkenylaromatischen
Monomer als Lösungsmittel hergestellt werden. Dieser Ansatz hat den Vorteil,
den verkappten Polyarylenether in einer Form zu erzeugen, die sofort mit anderen
Komponenten vermischt werden kann, um eine härtbare Zusammensetzung zu bilden.
Bei Verwendung dieses Verfahrens ist keine Isolierung des verkappten Polyarylenethers
oder Entfernung von unerwünschten Lösungsmitteln oder Reagenzien erforderlich.
Ein Verkappungskatalysator kann bei der Reaktion eines unverkappten
Polyarylenethers mit einem Anhydrid eingesetzt werden. Beispiele für solche
Verbindungen beinhalten solche, die im Stand der Technik dafür bekannt sind,
dazu fähig zu sein, Kondensation von Phenolen mit den oben beschriebenen Verkappungsmitteln
zu katalysieren. Geeignete Materialien sind basische Verbindungen, einschließlich
z.B. basische Hydroxidsalzverbindungen, wie z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid,
Tetraalkylammoniumhydroxide und Ähnliches, tertiäre Alkylamine, wie z.B.
Tributylamin, Triethylamin, Dimethylbenzylamin, Dimethylbutylamin und Ähnliche,
tertiäre gemischte Alkyl-Arylamine und substituierte Derivate davon, wie z.B.
N,N-Dimethylanilin, heterocyclische Amine, wie z.B. Imidazole, Pyridine und substituierte
Derivate davon, wie z.B. 2-Methylimidazol, 2-Vinylimidazol, 4-(Dimethylamino)pyridin,
4-(1-Pyrrolino)pyridin, 4-(1-Piperidino)pyridin, 2-Vinylpyridin, 3-Vinylpyridin,
4-Vinylpyridin und Ähnliches. Ebenfalls geeignet sind organometallische Salze,
so wie z.B. Zinn- und Zinksalze, die dafür bekannt sind, die Kondensation von
z.B. Isocyanaten oder Cyanatestern mit Phenolen zu katalysieren. Die organometallischen
Salze, die diesbezüglich geeignet sind, sind im Stand der Technik in einer
Vielzahl von Publikationen und Patenten bekannt, die dem Fachmann wohlbekannt sind.
Der funktionalisierte Polyarylenether kann ein ringfunktionalisierter
Polyarylenether sein. Ein ringfunktionalisierter Polyarylenether ist hier definiert
als ein Polyarylenether aus Wiederholungsstruktureinheiten der Formel
wobei jedes L1-L4 unabhängig Wasserstoff, eine Alkenylgruppe
oder eine Alkinylgruppe ist, wobei die Alkenylgruppe dargestellt wird durch
wobei L5-L7 unabhängig Wasserstoff oder Methyl sind und
a eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist,
wobei die Alkinylgruppe dargestellt wird durch
wobei L8 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl ist und b eine ganze Zahl von
1 bis 4 ist, und wobei etwa 0,02 mol-% bis etwa 25 mol-% der gesamten L1-L4-Substituenten
in dem ringfunktionalisierten Polyarylenether Alkenyl- und/oder Alkinylgruppen sind.
Innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, zumindest etwa 0,1 mol-%, stärker
bevorzugt zumindest etwa 0,5 mol-% Alkenyl- und/oder Alkinylgruppen zu haben. Ebenfalls
innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, bis zu etwa 15 mol-%, stärker
bevorzugt bis zu etwa 10 mol-% Alkenyl- und/oder Alkinylgruppen zu haben.
Der ringfunktionalisierte Polyarylenether kann gemäß bekannten
Verfahren hergestellt werden. Z.B. kann ein nicht-funktionaler Polyarylenether,
wie z.B. Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylether), mit einem Reagenz, wie z.B. n-Butyllithium,
metallisiert werden und nachfolgend mit einem Alkenylhalogenid, wie z.B. Allylbromid,
und/oder einem Alkinylhalogenid, wie z.B. Propargylbromid, zur Reaktion gebracht
werden. Dieses und andere Verfahren für die Herstellung von ringfunktionalisierten
Polyarylenetherharzen werden z.B. in US-Patent Nr. 4 923 932 von Katayose et al.
beschrieben.
Man wird verstehen, dass die hier als „nicht verkappt" oder
„nicht funktionalisiert" beschriebenen Polyarylenether Wiederholungsstruktureinheiten
mit der Formel
aufweisen, wobei für jede Struktureinheit jedes Z1 unabhängig
Wasserstoff, Halogen, primäres oder sekundäres C1-C12-Alkyl,
C1-C12-Aminoalkyl, C1-C12-Hydroxyalkyl,
Phenyl, C1-C12-Halogenalkyl, C1-C12-Hydrocarbonoxy,
C1-C12-Halogenhydrocarbonoxy ist, wobei zumindest zwei Kohlenstoffatome
die Halogen- und Sauerstoffatome trennen, oder Ähnliches, und jedes Z2
unabhängig Halogen, primäres oder sekundäres C1-C12-Alkyl,
C1-C12-Aminoalkyl, C1-C12-Hydroxyalkyl,
Phenyl, C1-C12-Halogenalkyl, C1-C12-Hydrocarbonoxy,
C1-C12-Halogenhydrocarbonoxy ist, wobei zumindest zwei Kohlenstoffatome
die Halogen- und Sauerstoffatome trennen, oder Ähnliches. Vorzugsweise ist
jedes Z1 C1-4-Alkyl und jedes Z2 ist Wasserstoff
oder Methyl.
Es gibt keine besondere Einschränkung für das Molekulargewicht
oder die intrinsische Viskosität des funktionalisierten Polyarylenethers. In
einer Ausführungsform kann die Zusammensetzung einen funktionalisierten Polyarylenether
aufweisen, der ein zahlenmittleres Molekulargewicht von bis zu etwa 10.000 Atommasseneinheiten
(AMU) hat, vorzugsweise bis zu etwa 5.000 AMU, stärker bevorzugt bis zu etwa
3.000 AMU. Ein solcher funktionalisierter Polyarylenether kann bei der Herstellung
und Verarbeitung der Zusammensetzung durch Reduktion seiner Viskosität geeignet
sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Zusammensetzung einen
funktionalisierten Polyarylenether aufweisen, der eine intrinsische Viskosität
von etwa 0,08 bis etwa 0,30 Deziliter pro Gramm (dl/g) hat, vorzugsweise etwa 0,12
bis etwa 0,30 dl/g, stärker bevorzugt etwa 0,20 bis etwa 0,30 dl/g, gemessen
in Chloroform bei 25°C. Allgemein variiert die intrinsische Viskosität
eines funktionalisierten Polyarylenethers nicht signifikant von der intrinsischen
Viskosität des korrespondierenden nicht funktionalisierten Polyarylenethers.
Insbesondere ist die intrinsische Viskosität eines funktionalisierten Polyarylenethers
im Allgemeinen innerhalb von 10% derjenigen des nicht funktionalisierten Polyarylenethers.
Diese intrinsischen Viskositäten können ungefähr den zahlenmittleren
Molekulargewichten von etwa 5.000 bis etwa 25.000 AMU entsprechen. Innerhalb dieses
Bereiches kann ein zahlenmittleres Molekulargewicht von zumindest etwa 8.000 AMU
bevorzugt sein und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von zumindest etwa 10.000
AMU kann stärker bevorzugt sein. Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches kann
ein zahlenmittleres Molekulargewicht von bis zu etwa 20.000 AMU bevorzugt sein.
Ein solcher funktionalisierter Polyarylenether kann die Zusammensetzung mit einer
wünschenswerten Balance aus Zähigkeit und Verarbeitbarkeit ausrüsten.
Es wird ausdrücklich beabsichtigt, Blends von zumindest zwei funktionalisierten
Polyarylenethern mit verschiedenen Molekulargewichten und intrinsischen Viskositäten
einzusetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der funktionalisierte
Polyarylenether im Wesentlichen frei von Aminosubstituenten, einschließlich
Alkylamino- und Dialkylaminosubstituenten, wobei im Wesentlichen frei bedeutet,
dass der funktionalisierte Polyarylenether weniger als etwa 300 Mikrogramm, vorzugsweise
weniger als etwa 100 Mikrogramm an atomarem Stickstoff pro Gramm funktionalisiertem
Polyarylenether enthält. Obwohl viele Polyarylenether durch Verfahren hergestellt
werden, die im Einbringen von Aminosubstituenten resultieren, haben die vorliegenden
Erfinder gefunden, dass duroplastische Härtungsgeschwindigkeiten erhöht
werden, wenn der funktionalisierte Polyarylenether im Wesentlichen frei von Aminosubstituenten
ist. Polyarylenether, die im Wesentlichen frei sind von Aminosubstituenten, können
direkt hergestellt werden oder durch Erwärmen von aminosubstituierten Polyarylenethern
auf zumindest etwa 200°C erzeugt werden. Alternativ kann es
erwünscht sein, wenn der funktionalisierte Polyarylenether Aminosubstituenten
enthält, die Zusammensetzung bei einer Temperatur von weniger als etwa 200°C
zu härten.
Die Zusammensetzung kann einen Blend aus zumindest zwei funktionalisierten
Polyarylenethern aufweisen. Solche Blends können hergestellt werden aus individuell
hergestellten und isoliert funktionalisierten Polyarylenethern. Alternativ können
solche Blends hergestellt werden durch Reaktion eines einzelnen Polyarylenethers
mit zumindest zwei Funktionalisierungsmitteln. Z.B. kann ein Polyarylenether mit
zwei Verkappungsmitteln zur Reaktion gebracht werden oder ein Polyarylenether kann
metallisiert und mit zwei ungesättigten Alkylierungsmitteln zur Reaktion gebracht
werden. In einer anderen Alternative kann eine Mischung aus zumindest zwei Polyarylenetherharzen
mit einem einzigen Funktionalisierungsmittel zur Reaktion gebracht werden.
Die Zusammensetzung kann den funktionalisierten Polyarylenether in
einer Menge von etwa 10 bis etwa 90 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile des gesamten
funktionalisierten Polyarylenethers, des alkenylaromatischen Monomeren, des Acryloylmonomeren
und des polymeren Additivs aufweisen. Innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt
sein, eine Menge an funktionalisiertem Polyarylenether von zumindest 20 Gewichtsteilen,
stärker bevorzugt zumindest etwa 30 Gewichtsteilen, zu verwenden. Ebenfalls
innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, eine Menge an funktionalisiertem
Polyarylenether von bis zu etwa 80 Gewichtsteilen, stärker bevorzugt bis zu
etwa 70 Gewichtsteilen, noch stärker bevorzugt bis zu etwa 60 Gewichtsteilen,
noch stärker bevorzugt bis zu etwa 50 Gewichtsteilen zu verwenden.
Die Zusammensetzung weist weiterhin ein alkenylaromatisches Monomer
auf. Das alkenylaromatische Monomer kann die Struktur
haben, wobei jedes R16 unabhängig Wasserstoff, C1-C12-Alkyl,
C2-C12-Alkenyl, C2-C12-Alkinyl, C6-C18-Aryl
oder Ähnliches ist, jedes R17 unabhängig Halogen, C1-C12-Alkyl,
C1-C12-Alkoxyl, C6-C18-Aryl oder Ähnliches
ist, p 1 bis 4 ist und q 0 bis 5 ist. Wenn p=1, wird das alkenylaromatische Monomer
ein monofunktionelles alkenylaromatisches Monomer genannt. Wenn p=2-4, wird das
alkenylaromatische Monomer ein polyfunktionelles alkenylaromatisches Monomer genannt.
Geeignete alkenylaromatische Monomere beinhalten Styrol, alpha-Methylstyrol, alpha-Ethylstyrol,
alpha-Isopropylstyrol, alpha-tertiär-Butylstyrol, alpha-Phenylstyrol und Ähnliches,
halogenierte Styrole, wie z.B. Chlorstyrol, Dichlorstyrol, Trichlorstyrol, Bromstyrol,
Dibromstyrol, Tribromstyrol, Fluorstyrol, Difluorstyrol, Trifluorstyrol, Tetrafluorstyrol,
Pentafluorstyrol und Ähnliches, halogenierte Alkylstyrole, wie z.B. Chlormethylstyrol
und Ähnliches, Alkoxystyrole, wie z.B. Methoxystyrol, Ethoxystyrol und Ähnliches,
polyfunktionelle alkenylaromatische Monomere, wie z.B. 1,2-Divinylbenzol, 1,3-Divinylbenzol,
1,4-Divinylbenzol, Trivinylbenzole, 1,3-Diisopropenylbenzol, 1,4-Diisopropenylbenzol
und Ähnliches, sowie Mischungen aus zumindest einem der vorhergehenden alkenylaromatischen
Monomere. In den vorhergehenden substituierten Styrolen, für die keine Substituentenposition
spezifiziert ist, können die Substituenten jede freie Position an dem aromatischen
Ring einnehmen.
Bevorzugte alkenylaromatische Monomere beinhalten Styrol, alpha-Methylstyrol,
2-Methylstyrol, 3-Methylstyrol, 4-Methylstyrol, 2-t-Butylstyrol, 3-t-Butylstyrol,
4-t-Butylstyrol, 1,3-Divinylbenzol, 1,4-Divinylbenzol, 1,3-Diisopropenylbenzol,
1,4-Diisopropenylbenzol und Ähnliches, sowie Mischungen aus zumindest einem
der vorhergehenden alkenylaromatischen Monomere. Bevorzugte alkenylaromatische Monomere
beinhalten weiterhin Styrole mit von 1 bis 5 Halogensubstituenten am aromatischen
Ring und Mischungen aus zumindest einem von solchen halogenierten Styrolen.
Alkenylaromatische Monomere sind kommerziell von einer Vielzahl von
Quellen erhältlich. Sie können auch durch im Stand der Technik bekannte
Verfahren hergestellt werden.
Die Zusammensetzung kann das alkenylaromatische Monomer in einer Menge
von etwa 10 bis etwa 90 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile des Gesamten des funktionalisierten
Polyarylenethers, des alkenylaromatischen Monomers, des Acryloylmonomers und des
polymeren Additivs aufweisen. Innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein,
eine Menge an alkenylaromatischem Monomer von zumindest etwa 20 Gewichtsteilen,
stärker bevorzugt zumindest etwa 30 Gewichtsteilen zu verwenden. Ebenfalls
innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, eine Menge an alkenylaromatischem
Monomer von bis zu etwa 80 Gewichtsteilen, stärker bevorzugt bis zu etwa 70
Gewichtsteilen, noch stärker bevorzugt bis zu etwa 60 Gewichtsteilen, noch
stärker bevorzugt bis zu etwa 50 Gewichtsteilen zu verwenden.
Die Zusammensetzung weist weiterhin ein Acryloylmonomer auf. Das Acryloylmonomer
weist zumindest eine Acryloyleinheit mit der Struktur
auf, wobei R18 und R19 jeweils unabhängig Wasserstoff,
C1-C12-Alkyl oder Ähnliches sind und wobei R18
und R19 entweder cis oder trans bezüglich der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung
angeordnet sein können. Vorzugsweise sind R18 und R19
jeweils unabhängig Wasserstoff oder Methyl. In einer Ausführungsform weist
das Acryloylmonomer zumindest zwei Acryloyleinheiten mit der oben genannten Struktur
auf und wird als ein polyfunktionelles Acryloylmonomer bezeichnet. In einer anderen
Ausführungsform weist das Acryloylmonomer zumindest drei Acryloyleinheiten
mit der oben angegebenen Struktur auf.
In einer Ausführungsform weist das Acryloylmonomer zumindest
eine Acryloyleinheit mit der Struktur
auf, wobei R20-R22 jeweils unabhängig Wasserstoff, C1-C12-Alkyl,
C2-C12-Alkenyl, C6-C18-Aryl, C7-C18
alkylsubstituiertes Aryl, C7-C18 arylsubstituiertes Alkyl,
C2-C12-Alkoxycarbonyl, C7-C18-Aryloxycarbonyl,
C8-C18 alkylsubstituiertes Aryloxycarbonyl, C8-C18
arylsubstituiertes Alkoxycarbonyl, Nitril, Formyl, Carboxylat, Imidat, Thiocarboxylat
oder Ähnliches sind. Vorzugsweise sind R20-R22 jeweils
unabhängig Wasserstoff oder Methyl. In einer Ausführungsform weist das
Acryloylmonomer zumindest zwei Acryloyleinheiten mit der oben angegebenen Struktur
auf. In einer anderen Ausführungsform weist das Acryloylmonomer zumindest drei
Acryloyleinheiten mit der oben angegebenen Struktur auf.
Viele zusätzliche geeignete Acryloylmonomere sind in der veröffentlichten
US-Anmeldung Nr. 2001/0053820 A1 von Yeager et al. beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Acryloylmonomer
Verbindungen beinhalten, die zumindest zwei Acryloyleinheiten je Molekül haben,
stärker bevorzugt zumindest drei Acryloyleinheiten je Molekül. Anschauliche
Beispiele beinhalten Verbindungen, hergestellt durch Kondensation einer Acryl- oder
Methacrylsäure mit einem Diepoxid, wie z.B. Bisphenol A-diglycidylether, Butandioldiglycidylether
oder Neopenylenglycoldimethacrylat. Spezifische Beispiele beinhalten 1,4-Butandioldiglycidyletherdi(meth)acrylat,
Bisphenol A-diglycidyletherdimethacrylat und Neopentylglycoldiglycidyletherdi(meth)acrylat
und Ähnliches. Ebenfalls eingeschlossen als Acryloylmonomere ist die Kondensation
von reaktiven Acrylat- oder Methacrylatverbindungen mit Alkoholen oder Aminen, um
die resultierenden polyfunktionellen Acrylate oder polyfunktionellen Acrylamide
zu bilden. Beispiele beinhalten N,N-Bis(2-hydroxyethyl)(meth)acrylamid, Methylenbis(meth)acrylamid,
1,6-Hexamethylenbis(meth)acrylamid, Diethylentriamintris(meth)acrylamid, Bis(gamma-((meth)acrylamid)propoxy)ethan,
Beta-((Meth)acrylamid)ethylacrylat, Ethylenglycoldi(meth)acrylat, Diethylenglycoldi(meth)acrylat,
Tetraethylenglycoldi(meth)acrylatglycerindi(meth)acrylat, Glycerintri(meth)acrylat,
1,3-Propylenglycoldi(meth)acrylat, Dipropylenglycoldi(meth)acrylat, 1,4-Butandioldi(meth)acrylat,
1,2,4-Butantrioltri(meth)acrylat, 1,6-Hexandioldi(meth)acrylat, 1,4-Cyclohexandioldi(meth)acrylat,
1,4-Benzoldioldi(meth)acrylat, Pentaerythrittetra(meth)acrylat, 1,5-Pentandioldi(meth)acrylat,
Trimethylolpropandi(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, 1,3,5-Triacryloylhexahydro-1,3,5-triazin,
2,2-Bis(4-(2-meth)acryloxyethoxy)phenyl)propan, 2,2-Bis(4-(2-(meth)acryloxyethoxy)-3,5-dibromphenyl)propan,
2,2-Bis((4-meth)acryloxy)phenyl)propan, 2,2-Bis((4-meth)acryloxy)-3,5-dibromphenyl)propan
und Ähnliches, sowie Mischungen aus zumindest einem der vorhergehenden Acryloylmonomere.
Man wird verstehen, dass das Fragment „(meth)acryl-" entweder
„acryl-" oder „methacryl-" bezeichnet.
Stark bevorzugte Acryloylmonomere beinhalten Trimethylolpropantri(meth)acrylat,
1,6-Hexandioldi(meth)acrylat, Ethylenglycoldi(meth)acrylat, Propylenglycol in einer
Menge von bis zu etwa 40 Gewichtsteilen, bevorzugt bis zu etwa 30 Gewichtsteilen,
stärker bevorzugt bis zu etwa 20 Gewichtsteilen.
In einer Ausführungsform weist die Zusammensetzung weiterhin
zusätzlich zu dem Polyarylenether, der polyalkenylaromatischen Verbindung und
der Acryloylverbindung ein polymeres Additiv auf, ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Polystyrol, Poly(styrol-maleinsäureanhydrid), Polystyrol-methylmethacrylat),
Polybuten, Polyethylen-butylen), Polyvinylether, Polyvinylacetat und Kombinationen
aus zumindest einem der vorhergehenden polymeren Additive.
Geeignete Polystyrole für die Verwendung als das polymere Additiv
beinhalten Homopolymere und Copolymere aus zumindest etwa 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise
zumindest etwa 90 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt zumindest etwa 95 Gew.-%,
noch stärker bevorzugt zumindest etwa 98 Gew.-% an Wiederholungseinheiten mit
der Formel
wobei R34 Wasserstoff, C1-C8-Alkyl, Halogen oder
Ähnliches ist, Z Vinyl, Halogen, C1-C8-Alkyl oder Ähnliches
ist und p 0 bis 5 ist. Bevorzugte alkenylaromatische Monomere beinhalten Styrol,
Chlorstyrole, wie z.B. p-Chlorstyrol, und Methylstyrole, wie z.B. p-Methylstyrol.
Zusätzlich zu Homopolymeren und Copolymeren der oben angegebenen alkenylaromatischen
Monomere können Polystyrole weiterhin Copolymere aufweisen, die weiterhin bis
zu 10 Gew.-% andere copolymerisierbare Monomere aufweisen, so wie z.B. Acrylnitril,
Butadien und Maleinsäureanhydrid. Ein bevorzugtes Polystyrol ist ein Homopolymer
aus Styrol mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 10.000 bis etwa 400.000
Atommasseneinheiten (AMU). Das Polystyrol kann ataktisch, syndiotaktisch oder isotaktisch
sein, wobei ataktisches Polystyrol bevorzugt ist. Geeignete Polystyrole können
durch im Stand der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden, einschließlich
solchen, die z.B. in US-Patent Nr. 3 280 089 von Wright beschrieben sind. Geeignete
Polystyrole können auch kommerziell erhalten werden, wie z.B. DYLARK®
1200 und 1600 von Nova Chemical, Polystyrol in Styrollösung N715 von AOC Resins,
das Polystyrol, das ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 280.000 und eine
Glasübergangstemperatur von 100°C hat, das unter Katalognummer 18,242-7
von Aldrich Chemical erhältlich ist, sowie verschiedene Polystyrole, die von
Polysciences Inc. erhältlich sind.
Poly(styrol-maleinsäureanhydrid)-Copolymere, die für die
Verwendung als das polymere Additiv geeignet sind, beinhalten statistische Copolymere
aus Styrol und Maleinsäureanhydrid mit einem Styrolgehalt von etwa 50 bis etwa
95 Gew.-% und einem Maleinsäureanhydridgehalt von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-%.
Solche Copolymere können durch bekannte Verfahren hergestellt werden, einschließlich
solchen, die z.B. in US-Patent Nr. 3 404 135 von Tietz beschrieben sind. Sie können
auch kommerziell erhalten werden, wie z.B. als SMA®-Harze von Sartomer
Company, wie z.B. SMA® 1000 mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht
von 5.500 AMU, einer Glasübergangstemperatur von 155°C und Säurezahl
von 465-495, und das Poly(styrol-maleinsäureanhydrid) mit 14 Gew.-% Maleinsäureanhydrid
und einer Glasübergangstemperatur von 132°C, erhältlich unter Katalog-Nr.
42,695-4 von Aldrich Chemical Co.
Poly(styrol-methylmetharcrylat)-Copolymere, die für die Verwendung
als das polymere Additiv geeignet sind, beinhalten statistische Copolymere aus Styrol
und Methylmethacrylat mit einem Styrolgehalt von etwa 25 bis etwa 90 Gew.-% und
einem Methylmethacrylatgehalt von etwa 10 bis etwa 75 Gew.-%. Solche Copolymere
können durch bekannte Verfahren hergestellt werden, wie z.B. solche, wie sie
z.B. in US-Patent Nr. 4 680 352 von Janowicz et al. beschrieben sind. Die Polystyrol-methylmethacrylat)-Copolymere
können auch kommerziell erhalten werden, so wie z.B. als NAS®-Harz
21 mit einer Schmelzflussrate von 1,9 g/10 min, gemessen bei 200°C und 5 kg
gemäß ASTM D1238, und einer Vicat-Erweichungstemperatur von 106°C,
gemessen gemäß D1525, erhältlich von Nova Chemical Company, NAS®-Harz
30 mit einer Schmelzflussrate von 2,2 g/10 min, gemessen bei 200°C und 5 kg
gemäß ASTM D1238, und einer Vicat-Erweichungstemperatur von 104°C,
gemessen gemäß D 1525, erhältlich von Nova Chemical Company, und
das Poly(styrol-co-methylmethacrylat) mit etwa 40 Gew.-% Styrol,
einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von etwa 100.000-150.000 AMU und einer
Glasübergangstemperatur von 101°C, erhältlich unter Katalog-Nr. 46,289-6
von Aldrich Chemical Co.
Polybutene, die für die Verwendung als das polymere Additiv geeignet
sind, beinhalten Homopolymere und Copolymere aus 1-Buten, 2-Buten und Isobuten.
Das Polybuten kann vorzugsweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 150
bis etwa 3.000 Atommasseneinheiten (AMU) haben. Polybutene können gemäß
bekannten Verfahren hergestellt werden, wie z.B. solchen, die z.B. in US-Patent
Nr. 3 808 286 von Olund beschrieben sind. Sie können auch kommerziell erhalten
werden als z.B. INDOPOL®-Polybutene L-4, L-6, L-10, L-14, H-15,
H-25, H-35, H-40, H-50, H-100, H-300, H-1500, H-1900 von Amoco (diese Materialien
haben zahlenmittlere Molekulargewichte im Bereich von etwa 180 bis etwa 2.500, Polydispersitätsindizes
im Bereich von etwa 1 bis etwa 2 und Glasübergangstemperaturen von weniger
als -65°C) und PARAPOL®-Polybutene 450, 700, 950, 1300, 2350
und 2700 von ExxonMobil Chemical.
Poly(ethylen-butylen)-Copolymere, die für die Verwendung als
das polymere Additiv geeignet sind, beinhalten statistische und Blockcopolymere
mit einem Ethylengehalt von etwa 1 bis etwa 99 Gew.-% und einem Butylengehalt von
etwa 99 bis etwa 1 Gew.-%. Butylen ist hier definiert als 1-Buten. Zusätzlich
zu Ethylen und Butylen kann das Polyethylen-butylen) bis zu 10 Gew.-% andere Monomere
und Funktionalisierungsmittel enthalten. Z.B. kann das Polyethylen-butylen) ein
monohydroxy- oder dihydroxyterminiertes Polyethylen-butylen) oder ein monocarboxy-
oder dicarboxyterminiertes Polyethylen-butylen) sein. Das Polyethylen-butylen)-Copolymer
kann vorzugsweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 1.000 bis etwa 5.000
AMU haben. Geeignete Poly(ethylen-butylen)-Copolymere können gemäß
bekannten Verfahren hergestellt werden, wie z.B. Polymerisation von Butadien, gefolgt
von Hydrierung. Geeignete Poly(ethylen-butylen)-Copolymere können auch kommerziell
erhalten werden, wie z.B. KRATON® L1203 von Kraton Polymers mit
einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 4.200 und KRATON®
L2203 von Kraton Polymers mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 1.700.
Polyvinyletherharze, die für die Verwendung als das polymere
Additiv geeignet sind, beinhalten solche, die zumindest etwa 80 Gew.-%, vorzugsweise
zumindest etwa 90 Gew.-%, stärker bevorzugt zumindest etwa 95 Gew.-%, noch
stärker bevorzugt zumindest etwa 98 Gew.-% an Wiederholungsstruktureinheiten
der Formel
aufweisen, wobei R35 C1-C12-Alkyl, C2-C12-Alkenyl,
C6-C18-Aryl, C7-C18-Alkylaryl, C7-C18-Aralkyl
oder Ähnliches ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R39
C1-C12-Alkyl. Bevorzugte Polyvinyletherharze beinhalten z.B.
Polyethylvinylether, Polyisobutylvinylether, Polycyclohexylvinylether und Ähnliches,
Copolymere der korrespondierenden Vinylether und Kombinationen aus zumindest einem
der vorhergehenden Polyvinylether. Der Polyvinylether kann vorzugsweise ein zahlenmittleres
Molekulargewicht von etwa 3.000 bis etwa 150.000 AMU haben. Innerhalb dieses Bereichs
kann ein zahlenmittleres Molekulargewicht von zumindest etwa 10.000 AMU bevorzugt
sein. Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches kann ein zahlenmittleres Molekulargewicht
von bis zu etwa 100.000 AMU bevorzugt sein. Der Polyvinylether kann vorzugsweise
eine Glasübergangstemperatur von weniger als oder gleich 20°C haben, stärker
bevorzugt weniger als oder gleich 0°C. Polyvinyletherharze können gemäß
den im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden (z.B. US-Patent
Nr. 5 691 430 von Dougherty et al.) oder kommerziell erhalten werden, z.B. solche,
die unter dem Markennamen LUTENOL® von BASF verkauft werden, wie
z.B. der Polyvinylmethylether, verkauft als LUTENOL® M, der Polyvinylethylether,
verkauft als LUTENOL® A, der Polyvinylisobutylether, verkauft als
LUTENOL® I und der Polyvinyloctadecylether, verkauft als LUWAX®
V.
Polyvinylacetatharze, die zur Verwendung als das polymere Additiv
geeignet sind, beinhalten Vinylacetathomopolymere mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von etwa 3.000 bis etwa 150.000 AMU. Innerhalb dieses Bereiches kann das zahlenmittlere
Molekulargewicht vorzugsweise zumindest etwa 10.000 sein. Ebenfalls innerhalb dieses
Bereiches kann das zahlenmittlere Molekulargewicht vorzugsweise bis zu etwa 100.000
AMU sein. Das Polyvinylacetat kann vorzugsweise eine Glasübergangstemperatur
von weniger als oder gleich etwa 70°C haben. Polyvinylacetatharze können
gemäß bekannten Verfahren hergestellt werden (z.B. US-Patent Nr. 3 285
895 von MacKenzie et al.) oder kommerziell erhalten werden, wie z.B. das carboxylierte
Polyvinylacetat, das als 40 gew.-%-ige Polymerlösung in Styrol zur Verfügung
gestellt wird, verkauft als LP40A von Dow (zuvor verkauft von Union Carbide), ein
nicht carboxyliertes Polyvinylacetat, das als eine 40 gew.-%ige Polymerlösung
in Styrol zur Verfügung gestellt und als LP90 von Dow verkauft wird, ein Polyvinylacetat-Copolymer,
das als 40 gew.-%ige Polymerlösung in Styrol zur Verfügung gestellt und
als NEULON® T von Dow verkauft wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das polymere Additiv
einen Polyvinylether auf. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist
das polymere Additiv ein Polyethylen-butylen) auf.
Das polymere Additiv kann in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 30
Gew.-% des polymeren Additivs verwendet werden, basierend auf dem Gesamtgewicht
des funktionalisierten Polyarylenethers, des alkenylaromatischen Monomeren, des
Acryloylmonomeren und des polymeren Additivs. Innerhalb dieses Bereiches kann es
bevorzugt sein, eine Menge an polymerem Additiv von zumindest etwa 0,5 Gew.-%, vorzugsweise
zumindest etwa 1 Gew.-%, stärker bevorzugt zumindest etwa 2 Gew.-%, noch stärker
bevorzugt zumindest etwa 5 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest etwa 8 Gew.-% zu
verwenden. Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, eine Menge
eines polymeren Additivs von bis zu etwa 25 Gew.-%, vorzugsweise bis zu etwa 20
Gew.-%, stärker bevorzugt bis zu etwa 15 Gew.-% zu verwenden. Im Allgemeinen
ist es bevorzugt, eine Menge an polymerem Additiv zu verwenden, die geringer ist
als der sogenannte kritische Punkt der Zusammensetzung. Die kritische Zusammensetzung
definiert die Zugabemenge, oberhalb derer sich das phasenseparierte Additiv von
einer geringeren dispergierten Phase zu einer kontinuierlichen Phase verändert.
Die kritische Zusammensetzung für einen binären Blend kann unter Verwendung
einer thermodynamisch erhaltenen Gleichung und den spezifischen Bestandteilvolumina
(d.h. Molekulargewicht/Dichte) bestimmt werden. Für ein Multikomponentenharz
kann ein mittleres spezifisches Volumen bestimmt werden. Die kritische Volumenanteilszusammensetzung
für Bestandteil 1 wird als das Reziproke der Menge 1 plus der Quadratwurzel
des Verhältnisses des spezifischen Volumens von Bestandteil 1 gegenüber
dem spezifischen Volumen von Bestandteil 2 berechnet, wie in T. A. Callaghan und
D. R. Paul, Macromolecules (1993), Band 26, Seiten 2439-2450 und I. C. Sanchez,
Polymer (1989), Band 30, Seiten 471-475 beschrieben.
In einer Ausführungsform kann das polymere Additiv zumindest
ein polymeres Additiv aus Polystyrol, Poly(styrol-maleinsäureanhydrid), Polystyrol-methylmethacrylat),
Polybuten, Polyethylen-butylen), Polyvinylether, Polyvinylacetat und Kombinationen
aus zumindest einem der vorhergehenden polymeren Additive aufweisen und ein zweites
polymeres Additiv, ausgewählt aus Polybutadienen, Polyacrylaten, Styrol-acrylnitril-Copolymeren,
Styrol-Butadien-Block- und statistischen Copolymeren, hydrierten Styrol-Butadien-Diblockcopolymeren,
Styrol-Butadien-Styrol-Triblockcopolymeren, hydrierten Styrol-Butadien-Styrol-Triblockcopolymeren,
Styrol-Isopren-Styrol-Triblockcopolymeren, hydrierten Styrol-Isopren-Styrol-Triblockcopolymeren,
Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymeren und Ähnlichem, sowie Kombinationen aus zumindest
einem der vorhergehenden zweiten polymeren Additive aufweisen. Diese und andere
zweite polymere Additive sind in der veröffentlichten US-Anmeldung Nr. 2001/0053820
A1 von Yeager et al. beschrieben. Die zweiten polymeren Additive können in
einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 30 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des
funktionalisierten Polyarylenethers, des alkenylaromatischen Monomeren, des Acryloylmonomeren,
des ersten polymeren Additivs und des zweiten polymeren Additivs verwendet werden.
In einer stark bevorzugten Ausführungsform weist die Zusammensetzung
ein Polyethylen-butylen) als das polymere Additiv und ein Polybutadien als das zweite
polymere Additiv auf. Das Polybutadien kann vorzugsweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht
von etwa 1.000 bis etwa 10.000 AMU haben. Innerhalb dieses Bereiches kann das zahlenmittlere
Molekulargewicht zumindest etwa 2.000 AMU oder 3.000 AMU sein. Ebenfalls innerhalb
dieses Bereiches kann das zahlenmittlere Molekulargewicht bis zu etwa 9.000 AMU
oder 8.000 AMU sein.
Die Zusammensetzung kann wahlweise weiterhin einen Härtungskatalysator
aufweisen, um die Härtungsgeschwindigkeit der ungesättigten Bestandteile
zu erhöhen. Härtungskatalysatoren, auch als Initiatoren bezeichnet, sind
im Stand der Technik wohlbekannt und werden verwendet, um die Polymerisation, Härtung
oder Vernetzung von vielen Thermoplasten und Duroplasten zu initiieren, einschließlich
ungesätigten Polyester-, Vinylester- und allylischen Duroplasten. Nicht einschränkende
Beispiele für Härtungskatalysatoren sind solche, die in „Plastic
Additives Handbook, 4. Ausgabe", R. Gachter und H. Muller (Hrsg.), P. P. Klemchuck
(assoc. ed.) Hansen Publishers, New York 1993 und in US-Patent Nrn. 5 407 972 von
Smith et al. und 5 218 030 von Katayose et al. beschrieben sind. Der Härtungskatalysator
für den ungesättigten Teil des Duroplasten kann jede Verbindung beinhalten,
die dazu fähig ist, bei erhöhten Temperaturen Radikale zu erzeugen. Solche
Härtungskatalysatoren können sowohl radikalische Initiatoren auf Peroxyd-
als auch Nichtperoxydbasis beinhalten. Beispiele für geeignete Peroxydinitiatoren
beinhalten z.B. Benzoylperoxid, Dicumylperoxid, Methylethylketonperoxid,
Laurylperoxid, Cyclohexanonperoxid, t-Butylhydroperoxid, t-Butylbenzolhydroperoxid,
t-Butylperoctoat, 2,5-Dimethylhexan-2,5-dihydroperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)-hex-3-in,
Di-t-butylperoxid, t-Butylcumylperoxid, alpha,alpha'-Bis(t-butylperoxy-m-isopropyl)benzol,
2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, Dicumylperoxid, Di(t-butylperoxy)isophthalat,
t-Butylperoxybenzoat, 2,2-Bist-butylperoxy)butan, 2,2-Bist-butylperoxy)octan, 2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexan,
Di(trimethylsilyl)peroxid, Trimethylsilylphenyltriphenylsilylperoxid und Ähnliches,
sowie Mischungen aus zumindest einem der vorhergehenden Härtungskatalysatoren.
Typische Nichtperoxydinitiatoren beinhalten z.B. 2,3-Dimethyl-2,3-diphenylbutan,
2,3-Trimethylsilyloxy-2,3-diphenylbutan und Ähnliche, sowie Mischungen aus
zumindest einem der vorhergehenden Härtungskatalysatoren. Der Härtungskatalysator
für den ungesättigten Teil des Duroplasten kann weiterhin jede Verbindung
enthalten, die dazu fähig ist, anionische Polymerisation der ungesättigten
Verbindungen zu initiieren. Solche anionischen Polymerisationskatalysatoren beinhalten
z.B. Alkalimetallamide, wie z.B. Natriumamid (NaNH2) und Lithiumdiethylamid
(LiN(C2H2)2), Alkalimetall und Ammoniumsalze von
C1-C10-Alkoxiden, Alkalimetall und Ammoniumhydroxide, Alkalimetallcyanide,
organometallische Verbindungen, wie z.B. die Alkyllithiumverbindung n-Butyllithium
und das Grignard-Reagenz Phenylmagnesiumbromid und Ähnliches, sowie Kombinationen
aus zumindest einem der vorhergehenden anionischen Polymerisationskatalysatoren.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Härtungskatalysator
t-Butylperoxybenzoat oder Methylethylketonperoxid aufweisen. Der Härtungskatalysator
kann die Härtung bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa 200°C
vorantreiben.
Falls vorhanden, kann der Härtungskatalysator in einer Menge
von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile der Gesamtheit aus
funktionalisiertem Polyarylenether, dem alkenylaromatischen Monomeren, dem Acryloylmonomeren
und dem polymeren Additiv verwendet werden. Innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt
sein, eine Menge an Härtungskatalysator von zumindest etwa 0,5 Gewichtsteilen,
stärker bevorzugt zumindest etwa 1 Gewichtsteil, zu verwenden. Ebenfalls innerhalb
dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, eine Menge an Härtungskatalysator
von bis zu etwa 5 Gewichtsteilen, stärker bevorzugt bis etwa 3 Gewichtsteilen,
zu verwenden.
Die Zusammensetzung kann weiterhin wahlweise einen Härtungsbeschleuniger
aufweisen, um die Gelierungszeit zu verringern. Geeignete Härtungsbeschleuniger
beinhalten Übergangsmetallsalze und -komplexe, so wie z.B. Cobaltnaphthanat,
und organische Basen, so wie z. N,N-Dimethylanilin (DMA) und N,N-Diethylanilin (DEA).
Vorzugsweise werden Cobaltnaphthanat und DMA in Kombination verwendet. Wenn vorhanden,
kann der Beschleuniger in einer Menge von etwa 0,05 bis etwa 3 Teilen je 100 Gesamtteile
des funktionalisierten Polyarylenethers, des alkenylaromatischen Monomeren und des
Acryloylmonomeren verwendet werden.
Die Zusammensetzung kann weiterhin einen oder mehrere Füller
aufweisen, einschließlich feinteiligen Füllern und Faserfüllen. Beispiele
für solche Füller, die im Stand der Technik wohlbekannt sind, beinhalten
solche, die in „Plastic Additives Handbook, 4. Ausgabe" R. Gachter und H.
Muller (Hrsg.), P. P. Klemchuck (assoc. ed.) Hansen Publishers, New York 1993 beschrieben
sind. Ein feinteiliger Füller wird hierin definiert als ein Füller, der
ein mittleres Längenverhältnis von weniger als etwa 5:1 hat. Nicht einschränkende
Beispiele für Füller schließen Siliziumoxidpulver, wie z.B. Quarzglas
und kristallines Siliziumoxid, Bornitridpulver und Borsilikatpulver, um gehärtete
Produkte mit niedriger Dielektrizitätskonstante und niedrigem Dielektrizitätsverlusttangens
zu erhalten, die oben erwähnten Pulver, sowie Aluminiumoxid und Magnesiumoxid
(oder Magnesia) für hohe Temperaturleitfähigkeit, sowie Füller ein,
wie z.B. Wollastonit, einschließlich oberflächenbehandelten Wollastonit,
Kalziumsulfat (als Anhydrid, Dihydrat oder Trihydrat), Kalziumcarbonat, einschließlich
Kreide, Kalkstein, Marmor und synthetischen gefällten Kalziumcarbonaten, allgemein
in der Form eines gemahlenen Teilchens, welches oftmals 98+% CaCO3 aufweist,
wobei der Rest andere Anorganika, wie z.B. Magnesiumcarbonat, Eisenoxid und Aluminosilikate
sind, oberflächenbehandelte Kalziumcarbonate, Talk, einschließlich faserigem,
modularem, nadelförmigem und lamellarem Talk, Glaskugeln, sowohl hohl als auch
fest, sowie oberflächenbehandelte Glaskugeln, die typischerweise Kopplungsmittel,
wie z.B. Silankopplungsmittel haben und/oder eine leitfähige Beschichtung enthalten,
und Kaolin, einschließlich hartem, weichem, kalziniertem Kaolin und Kaolin,
aufweisend verschiedene Beschichtungen, die im Stand der Technik bekannt sind, um
die Dispersion in und Kompatibilität mit dem wärmehärtendem Harz
zu vereinfachen, Glimmer, einschließlich metallisiertem Glimmer und mit Aminosilan-
oder Acryloylsilan-Beschichtungen oberflächenbehandeltem Glimmer, um den kompoundierten
Blends gute physikalische Eigenschaften zu verleihen, Feldspat und Nephelinsyenit,
Silikatkugeln, Flugstaub, Cenosphären, Fillit, Aluminiumsilikat (Armosphären),
einschließlich silanisiertem und metallisiertem Aluminiumsilikat, natürlichem
Siliziumoxidsand, Quarz, Quarzit, Perlit, Tripoli, Kieselgur, synthetischem Siliziumoxid,
einschließlich solchem mit verschiedenen Silanbeschichtungen und Ähnliches.
Bevorzugte feinteilige Füller beinhalten Kalziumcarbonate mit
einer mittleren Teilchengröße von etwa 1 bis etwa 10 Mikrometern. Innerhalb
dieses Bereiches kann die mittlere Teilchengröße zumindest etwa 2 Mikrometer
oder zumindest etwa 3 Mikrometer sein. Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches kann
die mittlere Teilchengröße bis zu etwa 8 Mikrometern oder bis zu etwa
7 Mikrometern sein.
Faserige Füller beinhalten kurze anorganische Fasern, einschließlich
bearbeitete Mineralfasern, wie z.B. solche, die aus Blends erhalten werden, aufweisend
zumindest eines aus Aluminiumsilikaten, Aluminiumoxiden, Magnesiumoxiden und Kalziumsulfathemihydrat.
Ebenfalls eingeschlossen unter Faserfüllern sind Einkristallfasern oder „Whiskers",
einschließlich Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Borcarbid, Kohlenstoff, Eisen,
Nickel, Kupfer. Ebenfalls eingeschlossen unter Faserfüllern sind Glasfasern,
einschließlich Textilglasfasern, wie z. B-, E-, A-, C-, ECR-, R-, S-, D- und
NE-Gläser und Quarz.
Bevorzugte Faserfüller beinhalten Glasfasern mit einem Durchmesser
von etwa 5 bis etwa 25 Mikrometern und einer Länge vor dem Kompoundieren von
etwa 0,5 bis etwa 4 Zentimetern.
Viele andere geeignete Füller sind in der veröffentlichten
US-Anmeldung Nr. 2001/0053820 A1 von Yeager et al. beschrieben.
Falls vorhanden kann der feinteilige Füller in einer Menge von
etwa 5 bis etwa 80 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung,
verwendet werden. Innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, eine Menge
eines feinteiligen Füllers von zumindest etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise zumindest
etwa 20 Gew.-%, stärker bevorzugt zumindest etwa 30 Gew.-%, noch stärker
bevorzugt zumindest etwa 40 Gew.-% zu verwenden. Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches
kann es bevorzugt sein, eine Menge eines feinteiligen Füllers von bis zu etwa
70 Gew.-%, stärker bevorzugt bis zu etwa 60 Gew.-% zu verwenden.
Falls vorhanden kann der Faserfüller in einer Menge von etwa
2 bis etwa 80 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung verwendet
werden. Innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, eine Menge eines Faserfüllers
von zumindest etwa 5 Gew.-%, bevorzugt zumindest etwa 10 Gew.-%, stärker bevorzugt
zumindest etwa 15 Gew.-% zu verwenden. Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches kann
es bevorzugt sein, eine Menge an Faserfüller von bis zu etwa 60 Gew.-%, vorzugsweise
bis zu etwa 40 Gew.-%, stärker bevorzugt bis zu etwa 30 Gew.-% zu verwenden.
Diese zuvor genannten Füller können zu dem wärmehärtenden
Harz ohne jegliche Behandlung oder nach Oberflächenbehandlung, allgemein mit
einem Haftverbesserer, zugegeben werden.
Die Formulierung kann auch Haftverbesserer enthalten, um Haftung des
wärmehärtenden Harzes an den Füller oder an einer externen Beschichtung
oder Substrat zu verbessern. Ebenfalls möglich ist Behandlung der zuvor genannten
anorganischen Füller mit Haftverbesserern, um die Haftung zu verbessern. Haftverbesserer
beinhalten Chromkomplexe, Silane, Titanate, Zirkonaluminate, Propylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere,
reaktive Zelluloseester und Ähnliches. Chromkomplexe beinhalten solche, die
von DuPont unter dem Markennamen VOLAN® verkauft werden. Silane
beinhalten Moleküle mit der allgemeinen Struktur (RO)(4-n)SiYn,
wobei n=1-3, R eine Alkyl- oder Arylgruppe ist und Y eine reaktive funktionelle
Gruppe, die die Bildung einer Bindung mit einem Polymermolekül ermöglichen
kann. Besonders geeignete Beispiele für Kopplungsmittel sind solche, welche
die Struktur (RO)3SiY haben. Typische Beispiele beinhalten Vinyltriethoxysilan,
Vinyltris(2-methoxy)silan, &ggr;-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, &ggr;-Aminopropyltriethoxysilan,
&ggr;-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, &ggr;-Mercaptopropyltrimethoxysilan. Titanate
beinhalten solche, die von S. J. Monte et al. in Ann. Chem. Tech Conf. SPI (1980),
Ann. Tech Conf. Reinforced Plastics and Composite inst. SPI 1979, Section 16E, New
Orleans, und S. J. Monte, Mod. Plastics Int. 14 (1984) 6, S. 2 entwickelt wurden.
Zirkonaluminate beinhalten solche, die von L. B. Cohen in Plastics Engineering 39
(1983) 11, S. 29, beschrieben wurden. Die Haftverbesserer können in dem wärmehärtenden
Harz selbst enthalten sein, oder auf jeden der oben beschriebenen Füller beschichtet
sein, um die Haftung zwischen dem Füller und den vorhergehenden Additiven zu
verbessern. Auswahl von feinteiligen Additiven und ihrer Mengen kann durch den Fachmann
ausgeführt werden.
Es gibt keine besondere Einschränkung für das Verfahren,
durch welches die Zusammensetzung hergestellt wird. Die Zusammensetzung kann durch
Bilden eines innigen Blends des funktionalisierten Polyarylenethers, des alkenylaromatischen
Monomers, des Acryloylmonomers und des polymeren Additivs gebildet werden. Wenn
der funktionalisierte Polyarylenether ein verkappter Polyarylenether ist, kann die
Zusammensetzung direkt aus einem unverkappten Polyarylenether durch Auflösen
des unverkappten Polyarylenethers in einem Teil des alkenylaromatischen Monomeren,
Zugabe eines Verkappungsmittels, um den verkappten Polyarylenether, in der Gegenwart
des alkenylaromatischen Monomeren zu bilden, und Zugabe des Acryloylmonomeren,
des polymeren Additivs und jeglichen anderen Bestandteilen hergestellt werden, um
die wärmehärtende Zusammensetzung zu bilden.
Es gibt keine besondere Einschränkung für das Verfahren,
durch welches die Zusammensetzung gehärtet werden kann. Die Zusammensetzung
kann z.B. thermisch oder unter Verwendung von Bestrahlungstechniken, einschließlich
UV-Bestrahlung und Elektronenstrahlung, gehärtet werden. Wenn Wärmehärtung
verwendet wird, kann die ausgewählte Temperatur etwa 80° bis etwa 300°C
sein. Innerhalb dieses Bereiches kann eine Temperatur von zumindest etwa 120°C
bevorzugt sein. Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches kann eine Temperatur bis zu
etwa 240°C bevorzugt sein. Die Heizdauer kann etwa 30 Sekunden bis etwa 24
Stunden sein. Innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, eine Heizdauer
von zumindest etwa einer Minute, vorzugsweise zumindest etwa 2 Minuten zu verwenden.
Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches kann es bevorzugt sein, eine Heizdauer von
bis zu etwa 10 Stunden, vorzugsweise etwa 5 Stunden, stärker bevorzugt bis
zu etwa 3 Stunden zu verwenden. Eine solche Härtung kann stufenweise sein,
um ein teilweise gehärtetes und oftmals nicht klebriges Harz herzustellen,
welches dann vollständig durch Erwärmen für längere Zeiträume
oder Temperaturen innerhalb der zuvor erwähnten Bereiche gehärtet wird.
Die Zusammensetzung zeigt höchst erwünschte Eigenschaften.
Z.B. kann die Zusammensetzung nach dem Formen eine Schrumpfung von zumindest 10%
weniger als die Schrumpfung zeigen, die eine korrespondierende Zusammensetzung ohne
das polymere Additiv zeigt. Schrumpfung wird bestimmt durch Vergleich einer Abmessung
eines geformten Teils mit der korrespondierenden Abmessung der Form. Dieser Vergleich
wird bei Raumtemperatur, etwa 24 Stunden nachdem die Probe geformt wurde, ausgeführt.
Die Schrumpfung ist vorzugsweise zumindest 20% weniger, vorzugsweise zumindest 30%
weniger, stärker bevorzugt zumindest 40% weniger, noch stärker bevorzugt
zumindest 50% weniger als diejenige des Nichtadditivvergleichs.
Die Zusanmensetzung zeigt nach dem Formen in einer Form mit einer
Klasse A-Oberfläche vorzugsweise einen Orangenhautwert von weniger als 40,
bevorzugt weniger als 35, stärker bevorzugt weniger als 30, noch stärker
bevorzugt weniger als 25 und besonders bevorzugt weniger als 20. Diese Messungen
werden unter Verwendung einer kommerziellen Technik ausgeführt, die D-Sight
genannt wird, bei der Glühlampenlicht von der Oberfläche eines Teils zurück
reflektiert wird. Oberflächenrauheit oder Welligkeit wird als helle und dunkle
Variationen in der reflektierten Lichtintensität gesehen und ist mit einer
numerischen Abschätzung der Leistung unter Verwendung eines Software-Algorithmus
korreliert. Für diese Messungen werden die D-Sight-Kamera und -Lichtquelle
in einem Winkel von 23 Grad unterhalb horizontal eingerichtet und das Teil in einem
Abstand von 50 Inch von der Basis Kamera/Lichtquelle entfernt platziert. Das Teil
selbst wird in einem Winkel 10 Grad oberhalb horizontal gegenüber dem Beobachtungssystem
eingerichtet. Messungen werden an Teilen mit Glanzoberflächen gemacht, die
entweder durch Bemalen des Teils mit glänzend schwarzer Farbe oder Abwischen
der Oberfläche mit hervorhebendem Öl erhalten wurden. Für Messungen
wird die Lichtmengenablesung zwischen 90 und 110 gehalten.
Die Zusammensetzung zeigt nach Formen in einer Form mit einer Klasse
A-Oberfläche vorzugsweise eine Welligkeit von weniger als 300, bevorzugt weniger
als 200, stärker bevorzugt weniger als 150, noch stärker bevorzugt weniger
als 120.
In einer weiteren Ausführungsform weist die härtbare Zusammensetzung
auf: etwa 10 bis etwa 90 Gewichtsteile eines funktionalisierten Polyarylenethers,
etwa 10 bis etwa 90 Gewichtsteile eines alkenylaromatischen Monomeren, etwa 1 bis
etwa 50 Gewichtsteile eines Acryloylmonomeren und etwa 0,1 bis etwa 30 Gewichtsteile
eines polymeren Additivs aus einem Polybutadien und einem Polyethylen-butylen).
Das Gewichtsverhältnis des Polybutadiens und des Polyethylen-butylen)s kann
vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 10 sein. Nach Härtung können solche Zusammensetzungen
vorzugsweise (wie durch Elektronenmikroskopie bestätigt) eine erste dispergierte
Phase mit einer Teilchengröße von etwa 0,5 bis etwa 2 Mikrometern und
eine zweite dispergierte Phase mit einer Teilchengröße von etwa 5 bis
etwa 25 Mikrometern haben.
Eine weitere Ausführungsform ist eine härtbare Zusammensetzung
aus: etwa 20 bis etwa 60 Gewichtsteilen eines methacrylatverkappten Polyarylenethers,
etwa 20 bis etwa 60 Gewichtsteilen Styrol, etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsteilen eines
Acryloylmonomeren, etwa 5 bis etwa 20 Gewichtsteilen eines polymeren Additivs aus
einem Polybutadien und einem Polyethylen-butylen), etwa 100 bis etwa 500 Gewichtsteilen
Kalziumcarbonat und etwa 50 bis etwa 200 Gewichtsteilen Glasfasern.
Andere Ausführungsformen beinhalten das Reaktionsprodukt, das
durch härten irgendeiner der oben genannten härtbaren Zusammensetzungen
erhalten wird.
Noch andere Ausführungsformen beinhalten Gegenstände aus
irgendeiner der gehärteten Zusammensetzungen. Gegenstände, die aus der
Zusammensetzung hergestellt werden können, beinhalten z.B. Säurebadbehälter,
Neutralisationstanks, Elektroraffinationstanks, Wasserweichmachtanks, Treibstofftanks,
filamentumwickelte Tanks, filamentumwundene Tankverkleidungen, Elektrolytzellen,
Abgasschächte, Wäscher, Automobilaußenverkleidungen, Automobilbodenwannen,
Automobillufteinlässe (automotive air scoops), Lastwagenaufliegeraufkleidungen,
Antriebswellen, Antriebswellenkupplungen, Traktorteile, Querblattfedern, Motorgehäuseheizungen,
Wärmeabschirmungen, Eisenbahnkesselwagen, Trichterwagenverdecke, Bootsrümpfe,
Unterseebootrümpfe, Bootsdecks, Schiffsanlegebrückenfender, Flugzeugbauteile,
Propellerschaufeln, Rakentenbauteile, Raketenmotorgehäuse, Flügelabschnitte,
Pumpgestänge, Flugzeugabschnitte, Flügelhäute, Flügelverkleidungen,
Triebwerksgondeln, Frachttüren, Flugzeugstreckblock und Hammerformen, Brückenbalken,
Brückendecken, Treppenhäuser, Geländer, Übergangsbrücken,
Rohre, Durchführungen, Lüftergehäuse, Fliesen, Gebäudeverkleidungen,
Waschtürme, Bodenbelag, Ausdehnungsverbindungen für Brücken, spritzbaren
Mörtel zum Flicken und Reparatur von Brüchen in Baubeton, Verguss für
Fliesen, Maschinengeländer, Metalldübel, Bolzen, Pfosten, elektrische
Umhüllungen, elektrische Verkleidungen, gedruckte Schalttafeln, elektrische
Bauteile, Drahtwicklungen, Dichtungen für elektromechanische Bauteile, Batteriegehäuse,
Widerstände, Sicherungen, thermische Abschaltvorrichtungen, Beschichtungen
für gedruckte Schalttafeln, Kondensatoren,. Transformatoren, elektrisch leitfähige
Bestandteile für antistatische Anwendungen, Tennisschläger, Golfschlägerschäfte,
Fischangeln, Ski, Skistöcke, Fahrradteile, Schwimmbecken, Schwimmbeckenfolien,
Hot Tubs, Saunen, Mischer, Büromaschinengehäuse, Ablagen, Geschirrspülerteile,
Kühlschrankteile, Möbel, Garagentüren, Gitterwerke, Körperschutzvorrichtung
(protective body gear), Gepäck, optische Wellenleiter, Radome, Satellitenschüsseln,
Schilder, Solarenergiepaneele, Telefonschaltanlagengehäuse, Transformatorenabdeckungen,
Isolation für rotierende Maschinen, Gleichrichter, Kernisolierung, trockene
Tonerharze, Bindungsvorrichtungen, Untersuchungsbefestigungen, industrielle Metallformdüsen,
Vakuumformwerkzeuge und Ähnliches.
Die Zusammensetzung ist insbesondere geeignet zur Herstellung von
Automobilkomponenten, so wie z.B. Automobilkarosserieverkleidungen.
Die Erfindung wird weiter veranschaulicht durch die folgenden, nicht
einschränkenden Beispiele. Beispiele 8, 10, 14-16, 18, 22-24, 27-32, 50-52,
56-59 und 80-82 sind auch zum Vergleich.
BEISPIELE 2-7, VERGLEICHSBEISPIEL 1
Sechs Beispiele und ein Vergleichsbeispiel werden hergestellt, um
die Wirkung der Polyvinyletheradditive auf die Schrumpfung zu demonstrieren. Der
Polyarylenether ist ein methacrylatverkappter Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenether)
(„PPO-MAA") mit einer intrinsischen Viskosität von 0,12 Dezilitern pro
Gramm bei 25°C in Chloroform. Er wird hergestellt wie in Beispiel 1 der Internationalen
Patentanmeldung WO 01/40354 A1 beschrieben. Der Vernetzer in allen Beispielen ist
Trimethylolpropantrimethacrylat („TMPTMA"), erhalten von Sartomer. Styrol
und t-Butylperoxybenzoat werden von Aldrich Chemical Company erhalten. Kalziumcarbonat
wird von Omya Corporation als OMYACARB® 5 erhalten. Glasfasern werden
als geschnittene Halbinchfasern von Owens Corning Fiberglass Corporation erhalten.
Eine Ethanollösung eines Polyethylvinylethers mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht (Mn) von etwa 22.000 Atommasseneinheiten (AMU) wird
von Scientific Polymer Products erhalten. Eine Ethanollösung eines Polyethylvinylethers
mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn) von etwa 1.000 AMU wird
von Scientific Polymer Products erhalten. Eine Ethanollösung eines Polyisobutylvinylethers
mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn) von etwa 15.000 AMU wird
von Scientific Polymer Products erhalten. Jede Polyvinyletherlösung wird durch
Rotationsverdampfung auf ein reines Polyvinyletherharz reduziert. Die Polyvinyletherprobe
wird gewogen und in einem gleichen Gewicht Styrol gelöst. Die erhaltene 50%ige
Polyvinylether/Styrol-Lösung wird mit einer 42,5 Gew.-%igen Lösung PPO-MAA
in Styrol und Trimethylolpropantrimethacrylat in den Mengen (ausgedrückt in
Gewichtsteilen, „pbw"), wie in Tabelle 1 unten gezeigt, kombiniert. Die Lösung
wird flüssig und offenbar homogen, nachdem sie auf etwa 50 bis 70°C erwärmt
wurde. Zinkstearat und Kalziumcarbonat (CaCO3) werden dann zugegeben
und die Mischung wird heftig gerührt, um eine pastöse Mischung zu bilden.
Das t-Butylperoxybenzoat wird zugegeben und die Hauptmasse der Formverbindung wird
durch Vermischen der pastösen Mischung mit Halbinch-Glasfasern in einer Mischkugel
gebildet. Die Zusammensetzung wird bei 150°C und 8,27 MPa (1.200 psi) geformt
und die Schrumpfung durch Vergleich der Breite der Probe zu der der Form gemessen.
Wie gezeigt, ist die Schrumpfung des Blends, enthaltend Polyethylvinylether
und/oder Polyisobutylvinylether (Bsp. 2-7) signifikant niedriger als die Kontrolle
(V.-Bsp. 1), was die Verwendbarkeit von Polyvinylethern bei der
Reduktion von Schrumpfung von wärmehärtenden Zusammensetzungen aus Polyarylenetherharzen
zeigt. Beispiel 4 mit Polyisobutylvinylether zeigt leichte Dehnung (negative Schrumpfung)
des geformten Teils.
Tabelle 1
BEISPIEL 8-24, VERGLEICHSBEISPIELE 2 UND 3
Fünfundzwanzig Beispiele und zwei Vergleichsbeispiele werden
hergestellt, die hauptsächlich in der Art und Menge des polymeren Additivs
variieren. Zusammensetzungen und Eigenschaften sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Zwei Polyarylenetherarten werden verwendet. Der Polyarylenether, der
in Tabelle 2 als „50/50-0,12 IV PPO-MAA/Styrol" bezeichnet wird, ist eine
50 gew.-%ige Lösung eines methacrylatverkappten Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenethers)
mit einer intrinsischen Viskosität von 0,12 dl/g in Styrol. Der als „50/50-0,12
IV PPO-Psal/Styrol" bezeichnete Polyarylenether ist eine 50 gew.-%ige Lösung
eines polysalicylatverkappten Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenethers) mit einer intrinsischen
Viskosität von 0,12 dl/g in Styrol. Dieses Material wird unter Verwendung des
Verfahrens aus Beispiel 3 aus US-Patent Nr. 4 760 118 von White et al. hergestellt.
Verschiedene polymere Additive werden eingesetzt. Das in Tabelle 2
als „CTB X162 Hycar" bezeichnete Additiv ist ein carboxyterminiertes Butadienhomopolymer
mit einem Gehalt an Carboxylsäurezahl von 25, einem Löslichkeitsparameter
(basierend auf molaren Anziehungskonstanten) von 8,14, einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von 4.200 AMU und einer Glasübergangstemperatur von -77°C, erhalten als
HYCAR® 2000X162 CTB von Noveon Solutions. „CTBN 1300X31 Hycar"
ist ein carboxyterminiertes Butadien (90%)/Acrylnitril (10%)-Copolymer mit einem
Gehalt an Carboxylsäurezahl von 28, einem Löslichkeitsparameter von 8,14,
einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 3.800 AMU und einer Glasübergangstemperatur
von -66°C, erhalten als HYCAR® 1304X31 CTBN von Noveon Solutions.
„VTBNX 1300X33 Hycar" ist ein Methacrylatvinylbutadien (82%)/Acrylnitril
(18%)-Copolymer mit einer Säurezahl von weniger als 5, einem Löslichkeitsparameter
von 8,9, einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 3.600 AMU und einer Glasübergangstemperatur
von -49°C, erhalten als HYCAR® 1300X33 VTBNX von Noveon Solutions.
„PMMA N700 AOC" ist ein Polymethylmethacrylathomopolymer, zur Verfügung
gestellt als 32 gew.-%ige Lösung in Styrol, erhalten als N700 von AOC Resins.
„PS N715 AOC" ist ein Polystyrolhomopolymer, zur Verfügung gestellt
als eine 32 gew.-%ige Lösung in Styrol, erhalten als N715 von AOC Resins. „PVac
LP40A UC" ist ein Polyvinylacetatcopolymer, zur Verfügung gestellt als eine
40 gew.-%ige Lösung in Styrol, erhalten als LP40A von Union Carbide (dieses
Produkt wird derzeit verkauft von Dow Chemical). „PVac LP90 UC" ist ein Polyvinylacetatcopolymer,
zur Verfügung gestellt als eine 40 gew.-%ige Lösung in Styrol, erhalten
als LP90 von Union Carbide (nun Dow). „PVac NeulonT UC" ist ein Polyvinylacetatcopolymer,
zur Verfügung gestellt als eine 40 gew.-%ige Lösung in Styrol, erhalten
als NEULON® T von Union Carbide (nun Dow). „SB Copoly XV-2314
AOC" ist ein Styrol-Butadien-Copolymer, zur Verfügung gestellt als eine 35
gew.-%ige Lösung in Styrol, erhalten als XV-2314 von AOC Resins.
Der Vernetzer in allen Beispielen ist Trimethylolpropantriacrylat
(TMPTA).
Ein organischer Peroxidinitiator wird als LUPEROX®
P von Atofina erhalten und in allen Proben zu 2 Teilen je 100 Harz verwendet.
Ein Kalziumcarbonat mit einer mittleren Teilchengröße von
5 Mikrometern wird von Omya Corporation erhalten und zu 56 Gew.-% in allen Proben
verwendet. Glasfasern mit einer Länge von 13 Millimetern und einem Durchmesser
von 17 Mikrometern werden als OCF-163D-17C von Owens Corning Fiber erhalten und
zu 20 Gew.-% in allen Proben verwendet.
Für jede Probe werden die Harzbestandteile sorgfältig bei
etwa 60 bis 70°C unter Verwendung eines Cowles impellor vermischt, um eine
Paste zu bilden. Nach Zugabe von Initiator und anorganischen Füllern werden
Glasfasern unter Verwendung eines Hobart-Knetwerkes mit geringer Scherung in die
Paste kompoundiert. Für das Formen wird eine Form aus Glas-A, hergestellt von
Heyden Mold & Bench aus Tailmadge, Ohio, verwendet. Für jede Zusammensetzung
werden vier Platten (etwa 650 g, 3,18 cm (1/8 Inch) dick mal 30,48 cm (12 Inch)
im Quadrat) durch Formpressen bei 8,27 mPa (1.200 Pfund je Quadrat Inch (psi)) für
2 Minuten hergestellt.
Der Verzug des Teils wird als die maximale vertikale Abweichung einer
gegebenen Ecke der sich auf einer flachen Referenzoberfläche befindenden Platte
gemessen.
Für Schrumpfungsbewertung wird das Teil auf eine flache Oberfläche
geklemmt und die Plattendiagonalen werden gemessen. Schrumpfung wird relativ zur
Größe des Pressformhohlraums berechnet.
Orangenhaut und Welligkeit wird mit einem LMI Technologies D-Sight-Analysator
gemessen. Dies sind Nichtkontaktmessungen, bei denen reflektiertes Licht durch ein
Videosystem aufgenommen und analysiert wird. Die Technik kann verwendet werden,
um kurzwellige Abweichungen (Mikron bis etwa 1 Zentimeter, „Orangenhaut")
und langwellige Abweichungen (etwa 1 Zentimeter bis zu der Größe der Abmessungen
der Probenfläche, „Welligkeit") von einer perfekt flachen Oberfläche
zu analysieren. Für einen gegebenen Datensatz werden alle Messungen während
der gleichen Messsitzung vorgenommen. Niedrigere Werte an Orangenhaut und Rauhigkeit
sind stärker erwünscht. Obwohl es derzeit keine Standarddefinition für
eine Klasse A-Oberfläche gibt, wird allgemein angenommen, dass sie einem Orangenhautwert
von weniger als oder gleich bis etwa 20 und einem Welligkeitswert von weniger als
oder gleich etwa 120 entspricht.
Das Verhalten der gehärteten Phase wird wie folgt bestimmt. Alle
Harzchemikalien werden getrennt im Labor ohne anorganische Füller oder Glasverstärkung
formuliert. Tropfen des Harz ohne Initiator werden in die polierten Mulde eines
Glasobjektträgers gebracht, abgedeckt und unter einem Mikroskop untersucht,
das mit einer METTLER® Heizstufe ausgerüstet ist. Optische
Untersuchungen werden verwendet, um die Mischbarkeit abzuschätzen, zunächst
bei 150°C und dann nochmals nach Abkühlen auf 25°C. In getrennten
Proben wird Initiator zu den reinen Harzen zugegeben und sie werden zwischen zwei
Blättern einer polierten Metallplatte unter Verwendung einer Microment Instruments
Minipress (MP-2000) zu 3 mm dicken Platten geformt. Abschätzungen der Mischbarkeit
von ungehärtetem Harz werden als „+" für mischbar, „-" für
unmischbar bezeichnet. Das Verhalten der gehärteten Harzphase wird als „S"
für einzelne Phase, „M" für Multiphase bezeichnet. Die Abschätzungen
basieren auf der Gegenwart oder Abwesenheit von unterscheidbaren Heterogenitäten,
die in ungehärteten Harzen groß genug sind, um unter einem optischen Mikroskop
beobachtet zu werden, oder in gehärteten Proben groß genug sind, um signifikant
sichtbares Licht zu streuen und Proben transluzent oder opak zu machen.
Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass Beispiele 8-24 mit Styrol-Butadien-Copolymer,
Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyvinylacetat, carboxyterminiertem Polybutadien
oder carboxyterminiertem Polybutadien-co-acrylnitril reduzierte Schrumpfung im Vergleich
zu ihren jeweiligen Kontrollen (Vergleichsbeispiel 2 und 3) zeigen. Welligkeit ist
in den meisten Fällen ebenfalls reduziert.
BEISPIELE 25-30
Sechs Proben, die in der Vernetzermenge und polymerem Additiv und
Menge variieren, werden hergestellt. Das Basisharz für alle Proben ist eine
50 gew.-%ige Lösung eines methacrylatverkappten Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenethers)
mit einer intrinsischen Viskosität von 0,12 dl/g in Styrol.
Der Vernetzer ist Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) oder Trimethylolpropantrimethacrylat
(TMPTMA). Der Initiator ist t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, erhalten als LUPEROX®
26 von Atofina Chemicals.
Drei verschiedene polymere Additive werden verwendet. Das Additiv,
das in Tabelle 3 als „PEB Kraton L 1203" bezeichnet wird, ist ein monohydroxyterminiertes
Poly(ethylenbutylen) mit einem hydroxyläquivalenten Molekulargewicht
von 4.200 AMU, einer ungefähren Hydroxylfunktionalität von 0,9 und einem
spezifischen Gewicht von 0,88 g/cc, erhalten als KRATON® L1203 von
Kraton Polymers. „PB Lithene N4-9000" ist ein flüssiges Polybutadien
mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 9.000, 10-20% 1,2-Vinylmikrostruktur,
50-60% trans-1,4- und 25-35% cis-1,4-Struktur, erhalten als N4-9000 von Revertex
Chemicals Limited (Hartlepool, UK). „CTB Hycar 2000X162" ist ein carboxyterminiertes
Butadienhomopolymer mit einem Gehalt an Carboxylsäurezahl von 25, einem Löslichkeitsparameter
(basierend auf molaren Anziehungskonstanten) von 8,14, einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von 4.200 AMU und einer Glasübergangstemperatur von -77°C, erhalten als
HYCAR® 2000X162 CTB von Noveon Solutions.
Jede Probe wird als 3-Kilogramm-Batch, enthaltend 25 Gew.-% Harz,
54 Gew.-% Kalziumcarbonat, 20 Gew.-% Glasfasern und 1 Gew.-% des Entformungsmittels
Zinkstearat hergestellt. Komponentenmengen in Tabelle 3 sind in Gramm ausgedrückt
und reflektieren die Beiträge zu einem 3-kg-Batch.
Proben werden bei 120°C und 8,27 MPa (1.200 psi) für 2 Minuten
geformt. Orangenhaut wird wie oben beschrieben gemessen. Zusammensetzungen und Eigenschaften
sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Die Ergebnisse zeigen reduzierte Orangenhautwerte,
relativ zu Kontrollproben, die durch Kontrollbeispiele 4 und 5 unten repräsentiert
werden.
BEISPIELE 31-36, VERGLEICHSBEISPIEL 4
Neun Zusammensetzungen werden hergestellt, wobei die Menge an Polybutadien
und Polyethylen-butylen)-Additiven variiert wird. Das Basisharz für alle Proben
ist eine 50 gew.-%ige Lösung eines methacrylatverkappten Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenethers)
in Styrol mit einer intrinsischen Viskosität von 0,12 dl/g. Der Vernetzer für
alle Proben ist Trimethylolpropantrimethacrylat. Ein Polybutadien mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 8.000 und einem Vinylgehalt von 28% wird als RICON®
134 von Sartomer erhalten. Ein monohydroxyterminiertes Polyethylen-butylen)-Copolymer
mit einem Hydroxyläquivalentgewicht von 4.200 und 0,9 Hydroxylfunktionalität
wird als KRATON® L1203 von Kraton Polymers erhalten. Alle Proben
basieren auf 25% Gesamtharz, 54% Kalziumcarbonat, 1 % Zinkstearat und 20% 13 Millimeter
Glasfasern.
Formen wird bei 150°C und 8,27 MPa (1.200 psi) ausgeführt.
Schrumpfung, Orangenhaut und Welligkeit werden von jeder Probe gemessen.
Die in Tabelle 4 gezeigten Ergebnisse zeigen, dass entweder Polybutadien
oder Polyethylen-buten) alleine Schrumpfung und in den meisten Fällen Orangenhaut
und Welligkeit reduzieren. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass die Kombination
von Polybutadien und Polyethylen-butylen) mit jeweils 5 Gew.-% besonders wirksam
ist, um Schrumpfung, Orangenhaut und Welligkeit zu reduzieren.
Tabelle 4
BEISPIEL 37, VERGLEICHSBEISPIEL 5
Es werden zwei Proben mit und ohne 10 Gew.-% einer 50:50-Gewicht/Gewicht-Mischung
aus Polybutadien und Polyethylen-butylen) hergestellt. Bestandteile sind die gleichen
wie jene für die oben beschriebenen Beispiele 38-43.
Formen wird bei 150°C und 8,27 MPa (1.200 psi) ausgeführt.
Schrumpfung, Orangenhaut und Welligkeitswerte stellen Mittel für zwei Proben
dar.
Zusammensetzungen und Eigenschaften sind in Tabelle 5 gezeigt. Die
Ergebnisse zeigen, dass die Kombination aus Polybutadien und Polyethylen-butylen)
besonders wirksam bei der Reduktion der Schrumpfung (bis zu dem Punkt, dass leichte
Ausdehnung in Bsp. 44 verursacht wird), Orangenhaut und Welligkeit ist.
Tabelle 5
BEISPIELE 38-55
Achtzehn Proben werden hergestellt unter Variation der Art und der
Menge von Vernetzer, der Art und Menge des polymeren Additivs,
der Art und Menge des Initiators und der Formtemperatur.
Das Basisharz für alle Beispiele ist ein methacrylatverkappter
Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenether) mit einer intrinsischen Viskosität von
0,12 dl/g. Er wird in der Form einer 50 gew.-%igen Lösung in Styrol verwendet.
Der Initiator t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat wird als LUPEROX® 26
von Atofina Chemicals erhalten. Der Initiator t-Butylperbenzoat wird als LUPEROX®
P von Atofina Chemicals erhalten. Der Vernetzer ist entweder Trimethylolpropantriacrylat
(TMPTA) oder Trimethylolpropantrimethacrylat TMPTMA).
Fünf verschiedene polymere Additive werden eingesetzt. Ein dihydroxyterminiertes
Polyethylen-butylen) mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 1.700 AMU
wird als KRATON® L2203 von Kraton Polymers erhalten. Ein monohydroxyterminiertes
Polyethylen-butylen) mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 4.200 AMU
wird als KRATON® L 1203 von Kraton Polymers erhalten. Ein Polybutadien
mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 5.000 AMU und 10-20% Vinylgehalt
wird als Lithene N4-5000 von Revertex Chemicals Limited, Hartlepool, UK, erhalten.
Ein Ethylen-Propylen-Dicyclopentadien-Terpolymer mit einem Ethylen:Propylen-Gewichtsverhältnis
von 48/52, 9,5 Gew.-% Dien, einem viskositätsmittlerem Molekulargewicht von
7.000 AMU und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 40.000 AMU wird als TRILENE®
65 von Uniroyal Chemical erhalten. Ein Ethylen-Propylen-Ethyliden-Norbornen-Terpolymer
mit einem Ethylen:Propylen-Gewichtsverhältnis von 45/55, 9,5 Gew.-% Dien, einem
viskositätsmittleren Molekulargewicht von 7.500 AMU und einem gewichtsmittleren
Molekulargewicht von 40.000 AMU, wird als TRILENE® 67 von Uniroyal
Chemical erhalten.
Alle Mengen in Tabelle 6 unten sind Gramm pro 3 Kilogramm Batch. Alle
Proben enthalten 25 Gew.-% Harz, 54 Gew.-% Kalziumcarbonat, 20 Gew.-% Glasfasern
(OCF 163-17C von Owens Coming) und 1 Gew.-% Zinkstearat. Das Folgende ist das Gleiche
für alle Proben: Initiatormenge = 15 g, Zinkstearatmenge = 30 g, Kalziumcarbonatmenge
= 1.620 g, Formzeit = 2 Minuten, Formdruck = 8,27 MPa (1.200 psi).
Die in Tabelle 6 gezeigten Ergebnisse zeigen reduzierte Orangenhaut
und Welligkeit für die Proben, die polymere Additive enthalten, gegenüber
Proben ohne diese (siehe Vergleichsbeispiele 4 und 5 oben). Tabelle 6 (Forts.)
BEISPIELE 56-64, VERGLEICHSBEISPIEL 6
Zehn Proben werden hergestellt unter Variation der Art und Menge von
Vernetzer, der Art und Menge des polymeren Additivs, der Art und Menge des Initiators
und der Formtemperatur. Das Basisharz für alle Proben ist ein methacrylatverkappter
Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenether) mit einer intrinsischen Viskosität von
0,12 dl/g, der als eine 50 Gew.-%ige Lösung in Styrol verwendet wird.
Initiatoren und polymere Additive sind wie oben beschrieben, mit Ausnahme
für RICON® 134, welches ein Polybutadien mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 8.000 AMU und 28% Vinylgehalt ist, erhalten von Sartomer.
Alle Formulierungen werden in einem 1,5 Kilogrammmaßstab hergestellt,
bestehend aus 25 Gew.-% Harz, 54 Gew.-% Kalziumcarbonat, 20 Gew.-% Glasfasern und
1 Gew.-% Zinkstearat. Bestandteilmengen in Tabelle 7 sind in Gramm je 1,5 Kilogramm-Batch.
Das Folgende ist in diesen Proben konstant: Initiatormenge = 7,5 g, Zinkstearatmenge
= 15 g, Kalziumcarbonatmenge = 810 g, Glasfasermenge = 300 g, Formzeit = 2 Minuten,
Formdruck = 8,27 MPa (1.200 psi).
Die in Tabelle 7 gezeigten Ergebnisse zeigen, dass das carboxyterminierte
Butadien wirksam bei der Verbesserung der Oberflächenqualität ist, wenn
bei niedrigerer Temperatur (120°C gegenüber 150°C) geformt wird –
die Verbesserung ist signifikant gegenüber einer Kontrolle (Vgl.-Bsp. 6). Das
CTB scheint bei der niedrigeren Temperatur stärker hochphasensepariert zu sein,
was eine unauffälligere Additivmorphologie und -leistung ermöglicht. Sowohl
Polybutadien (RICON® 134) als auch PEB (KRATON®
L1203) selbst zeigen Verbesserungen relativ zur Kontrolle (Vgl.-Bsp. 6), es gibt
jedoch eine synergistische Verbesserung gegenüber jedem alleine, wenn diese
beiden kombiniert werden. Tabelle 7 (Forts.)
BEISPIELE 65-72, VERGLEICHSBEISPIEL 7
Diese Experimente zeigen, dass die polymeren Additive auch bei der
Reduzierung des Bemalungsdefekts wirksam sind, der als „paint popping" bekannt
ist. Vier Zusammensetzungen werden hergestellt, die in der intrinsischen Viskosität
des Basisharzes, dem Typ des polymeren Additivs und der Menge des polymeren Additivs
variieren. Die Basisharze sind methacrylatverkappte Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenether)harze
mit intrinsischen Viskositäten von 0,12 und acrylatverkappte Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenether)harze
mit intrinsischen Viskositäten von 0,30 dl/g. Die polymeren Additive sind carboxyterminiertes
Polybutadien („CTB"), erhalten als HYCAR® 2000X162 CTB von
Noveon Solutions, und eine 32 gew.-%ige Lösung von Polystyrol („PS")
in Styrol, erhalten als N715 von AOC Resins. Alle Formulierungen bestehen aus 25
Gew.-% Harz, 54 Gew.-% Kalziumcarbonat, 20 Gew.-% Glasfasern und 1 Gew.-% Zinkstearat.
Initiator wird zu zwei Teilen je 100 Gewichtsteile des Basisharzes zugegeben. t-Butylperbenzoat,
erhalten als LUPEROX® P von Atofina Chemicals, wird für 150°C-Härtungen
verwendet. t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, erhalten als LUPEROX®
26 von Atofina Chemicals, wird für 120°C-Härtungen verwendet. Die
formulierten Harze enthalten 15 Gew.-% des Vernetzers Trimethylolpropantrimethacrylat.
Komponentenmengen sind in Tabelle 8 angegeben.
Die beiden polymeren Additive werden getrennt mit Basisharz, Initiator
und Vernetzer vermischt. Zu diesen Mischungen werden das Kalziumcarbonat und Glas
zusammen mit dem Entformungsmittel zugegeben. Die erhaltenen Kompositharze werden
in geeignete Gewichtschargen geteilt und jede wird zu einer 30,48 × 30,48 cm
(12 × 12 Inch) Platte bei Temperatur- und Druckbedingungen formgepresst, die
dafür bekannt sind, dass sie in vollständiger Härtung des Duroplasten
resultieren. Eine Gesamtzahl von drei Platten wird für jede Zusammensetzung
hergestellt. Als eine weitere Kontrollmaßnahme wird der vollständige Prozess
an einem zweiten Tag wiederholt, was einen zweiten „Replikat"-Satz aus drei
Platten für jede Zusammensetzung erzeugt.
Jede der geformten Platten wird einem aggressiven Kantenschleifprotokoll
unterzogen, um abgerundete Ecken zu erzeugen. Unter Verwendung einer Kreisschleifmaschine
wird jede Ecke dann unter Verwendung einer kreisförmigen Bewegung abgeschliffen,
um ein abgerundetes Profil zu erhalten. Typischerweise sind zwischen 5 und 10 Schleifdurchgänge
bei verschiedenen Winkeln erforderlich, um eine gleichförmig gerundete Ecke
zu erhalten. Nach dem Schleifen werden alle Proben an eine Automobillackierfirma
verschickt, um unter Bedingungen, die zu jenen für Automobilteile, die aus
kommerziellen duroplastischen Komposits hergestellt werden, identisch sind, grundiert
und lackiert zu werden. Das Grundierungs-/Lackierungsprotokoll folgt dem Standard,
der von einem Konsortium aus Automobilfirmen und ihren Duroplast-Teilezulieferern
(Form- und Grundierungsfirmen) festgelegt wurde. Alle Platten werden zur Messung
von Kantenaufsprungsdefekten dann zurückgeschickt.
Die Platten werden auf einem computerkontrollierten Scannerschlitten
aufgeklemmt, der das genaue lineare Ausrichten der Platten unter einer Videokamera
ermöglicht. Der Scannerschlitten wird programmiert, so dass er 5,08 cm (2 Inch)
fährt, 2,5 Sekunden pausiert und zu dem nächsten 5,08 cm (2 Inch)-Segment
der Platte vorrückt. Der Schlitten wird so programmiert, dass er diese Scansequenz
6 mal ausführt, um die vollständige 30,48 cm (12 Inch) Länge der
Plattenseite abzudecken. Das Verfahren wird 4 mal wiederholt, um alle Kanten der
Platte zu analysieren.
Exakte Beleuchtungsausrichtung ist kritisch, um ausreichenden Kontrast
der Kantenaufsprünge zu erreichen. Eine doppelverchromte faseroptische Schwanenhals-Lichtquelle
wird verwendet, um eine abgewinkelte Lichtquelle von ungefähr 30° unterhalb
der Oberseite der Platte zur Verfügung zu stellen. Jede Schwanenhalslichtquelle
wird auf jeder Seite der Platte positioniert, um Schatten zu minimieren und Kantenaufsprünge
auf jeder Seite der abgerundeten Ecke der Platte, die analysiert wird, zu beleuchten.
Die Vergrößerung wird optimiert, um die kleinsten typischerweise
beobachtbaren Kantenaufsprünge (ungefähr 153 &mgr;m (6 mil)) aufzulösen,
eine handhabbare Anzahl von Flächen zur Analyse jeder Seite (6) zu erlauben
und guten Kontrast zwischen den Kantenaufsprüngen und der glatten lackierten
Oberfläche zu erhalten. Der Scanschlitten wird auf einem Makrostand positioniert,
der eine Videokamera mit einer 50 mm Makrolinse daran befestigt hat. Die Videokamera
wird an ein PC-basiertes Bildanalysesystem angeschlossen.
Das Bildanalysesystem wird mit dem computerkontrollierten Scanschlitten
koordiniert, so dass der Bildanalysator automatisch das Bild digitalisiert und es
auf der Festplatte speichert und diesen Prozess 6 mal wiederholt, um sechs Bilder
von jeder Seite einer Platte zu speichern. Eine getrennte Routine wird geschrieben,
die zunächst den Kontrast in dem Bild der Kante erhöht und das Graustufenbild
in ein binäres Bild durch Auswählen des charakteristischen Graustufenbereichs
der Kantenaufsprünge transformiert. Wenn das binäre Bild einmal erzeugt
ist, bestimmt das Bildanalyseprogramm die Kantenaufsprungdefektgröße für
jeden entdeckten Defekt. Ein Microsoft-EXCEL®-Makro wird geschrieben,
um den mittleren Kantenaufsprungsdefektdurchmesser, maximalen Durchmesser und Zahlendichte
für jede Plattenkante zu bestimmen.
Kontinuierliche Daten der jeweiligen Plattenkanten (vier 30,48 cm
(12 Inch)-Kanten je Platte) jeder einzelnen Formulierung werden für die folgenden
Messungen erzeugt: Lackaufsprungzahl je Fläche (Zählungen je Quadratzentimeter
geschliffene Ecke), mittlerer Lackaufsprungdurchmesser (Millimeter) und maximaler
Lackaufsprungdurchmesser (Millimeter). Die Normalität der Verteilungen der
Lackaufsprungzahlendaten ermöglicht die Berechnung eines zusammengefassten
Mittelwertes für jede Formulierung und ihr Replikat. Für jede Messart
basieren das Mittel und die Standardabweichungen daher auf 24 Messungen, korrespondierend
zu zwei Batches mal 3 Platten/Batch mal 4 Ecken/Platte. Zum Beispiel werden für
eine gegebene Formulierung maximaler Aufsprungdurchmesser und seine Standardabweichung
durch Messung des maximalen Aufsprungdurchmessers für jede der 24 Gesamtecken
für diese Formulierung erhalten, dann ein Mittel und Standardabweichung, basierend
auf der Population von 24 maximalen Aufsprungdurchmessern, berechnet. Tabelle 8
listet die Statistiken der jeweiligen Formulierungen auf.
Diese Experimente zeigen, dass die polymeren Additive Kantenaufsprungdefekte
reduzieren können. Tabelle 8
BEISPIEL 73, VERGLEICHSBEISPIEL 8
Zwei Zusammensetzungen werden hergestellt, um die Wirkung einer Polyvinylesterverbindung
auf Schrumpfung zu veranschaulichen. Der funktionalisierte Polyarylenether wird
als eine 35 gew.-%ige Lösung eines methacrylverkappten Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenether)
in Styrol mit einer intrinsischen Viskosität von 0,12 dl/g zur Verfügung
gestellt. Ein Polyvinyllaurat mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 110.000
AMU wird von Scientific Polymer Products erhalten. Schrumpfung wird wie in den Beispielen
1-7 beschrieben gemessen. Zusammensetzungen und Schrumpfungswerte sind in Tabelle
9 zur Verfügung gestellt. Man beachte, dass die Verhältnisse von Harz
zu Kalziumcarbonat und (Harz + Kalziumcarbonat) zu Glasfaser die gleichen für
beide Beispiele sind. Die Ergebnisse zeigen, dass Zugabe des Polyvinylesters die
Schrumpfung der Zusammensetzung reduziert.
Tabelle 9
BEISPIELE 74-79
Sechs Zusammensetzungen, die in der Art des Polyvinylesters variieren,
werden hergestellt. Jede Probe enthält 80 Gewichtsteile einer 35%igen Lösung
von methacrylverkapptem Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylether) mit
einer intrinsischen Viskosität von 0,12 dl/g in Styrol, 20 Gewichtsteile Trimethylolpropantrimethacrylat,
10 Gewichtsteile des Polyvinylalkanoats und 2 Gewichtsteile t-Butylperoxybenzoatinitiator.
Die Polyvinylester sind Polyvinylpropionat, Polyvinylpivalat, Polyvinylnonanat,
Polyvinylbutyrat, Polyvinylneodecanoat und Polyvinylneononanat. Die Blends werden
hergestellt durch Vermischen des verkappten PPE, des Polyvinylesters und des Trimethylolpropantrimethacrylats
bei etwa 50-80°C. Die erhaltenen Lösungen werden vor der Zugabe des Initiators
auf etwa 40-60°C abgekühlt. Die Zusammensetzungen werden bei 150°C
gehärtet. Alle Blends zeigen Phasentrennung, wie durch das opak weiße
Aussehen der gehärteten Scheiben angedeutet. Dieses opake Aussehen weist auf
Phasentrennung hin, was ein wichtiger Hinweis auf Hohlraumbildung in den gehärteten
Proben ist. Polyvinylpropionat und Polyvinylpivalat erzeugen die höchsten Werte
an Weißwerden.
BEISPIELE 80-82, VERGLEICHSBEISPIEL 9
Vier Zusammensetzungen werden hergestellt, um die Wirkung von Polysiloxanverbindungen
auf Schrumpfung zu veranschaulichen. Der funktionalisierte Polyarylenether wird
als eine 35 gew.-%ige Lösung eines methacrylatverkappten Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylenethers)
in Styrol mit einer intrinsischen Viskosität von 0,12 dl/g zur Verfügung
gestellt. Ein vinylterminiertes Polydimethylsiloxan (d.h. ein Polydimethylsiloxan
mit einer Vinylgruppe an jedem Ende) wird von Aldrich Chemical Company erhalten.
Ein Polydimethylsiloxan-co-methyl-3-hydroxyporpylsiloxan-pfropfpoly(ethylen-propylen)glycol
wird von Aldrich Chemical Company erhalten. Ein hydroxyterminiertes Polydimethylsiloxan
wird von Aldrich Chemical Company erhalten. Schrumpfung wird wie in Beispielen 1-7
beschrieben gemessen. Zusammensetzungen und Schrumpfungswerte werden in Tabelle
10 zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe des vinylterminierten
und dihydroxyterminierten Polydimethylsiloxans die Schrumpfung der Zusammensetzung
reduziert.
Tabelle 10
BEISPIEL 83-92, VERGLEICHSBEISPIELE 10-12
Dreizehn Zusammensetzungen wurden unter Variation der Mengen von drei
polymeren Additiven und Mengen von Magnesiumoxid, Titandioxid und Kalziumcarbonat
hergestellt.
Die Komponenten sind wie oben beschrieben, mit Ausnahme von Maleinsäureanhydrid
funktionalisiertem Polybutadien mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 5.300
AMU und 18 bis 33% 1,2-Vinylgehalt, erhalten als RICON® 131MA5 von
Sartomer, einem Kalziumcarbonat mit einem Teilchendurchmesser von 6 Mikrometern,
erhalten als CamelFil 6&mgr;, und geschnittenem 2,54 cm (1 Inch) Glasroving, erhalten
als PPG 5530 von PPG.
Batches von gefülltem Harz, 18 kg in der Größe, werden
unter Verwendung eines Cowles Schaufelmischers in 18,91(5 Gallonen)-Eimern kompoundiert,
in denen zunächst das Basis-PPO in Styrolharz und Vernetzer auf 35°C erwärmt
werden. Kalziumcarbonat, in einem Zementmischer mit einem kerosinbetriebenen Heizlüfter
auf zwischen 55°C und 65°C vorgewärmt, wird dann mit Titanoxid und
Zinkstearat kombiniert und zugegeben, um eine Paste zu bilden.
Polymere Additive werden als nächstes eingebracht und dann werden direkt vor
dem Beschichten das Magnesiumoxid und Initiator zugegeben.
Eine Harzmatte (sheet molding compound (SMC)) wird aus den Zusammensetzungen
unter Verwendung einer 60 cm breiten Linie hergestellt. Die Linie beinhaltet verschiedene
Elemente, um dem Prozess Wärme zuzuführen. Die Aluminiumplatten unterhalb
von beiden Rakelgehäusen werden mit zirkulierendem Wasser erwärmt, um
die Oberflächentemperaturen des ersten und zweiten Gehäuses auf 35°C
bzw. 45°C zu bringen. Heißwasser von 90°C wird durch die Verdichterrollen
zirkuliert und der vollständige Verdichtungsbereich wird eingeschlossen und
mit Hilfe eines Warmluftkonvektionsofens bei 40°C gehalten. Die Rakel auf beiden
Harzgehäusen werden auf eine 0,25 cm (0,098 Inch) Lücke gesetzt. Druck
auf die Verdichterrollen wird auf 68,9 kPa (10 psi) am Eingang, 137,9 kPa (20 psi)
für Rollen 2 bis 8 und auf 275,8 kPa (40 psi) für die Ausgangsrolle gesetzt.
Harzmatten werden unter Verwendung einer Klasse A-Form, hergestellt
von ToolPlas aus Windsor, Ontario, Kanada, formgepresst. Stapel aus vier 15 Zentimeter
SMC-Quadraten mit jeweils 650 g Gewicht werden zu 3 mm dicken mal 30 cm im Quadrat
Platten durch Druckformen bei 150°C und 8,27 MPa (1.200 psi) für 2 Minuten
geformt. Demzufolge ist die typische Beladungsbedeckung des Formbereiches 25%, jedoch
wird in eingeschränkten Untersuchungen vollständige Bedeckung erforscht.
Für Schrumpfungsmessungen wird jede geformte Platte flach in
eine speziell hergestellte Vorrichtung geklemmt und die Abweichung von einer kalibrierten
Breite des Teils wird an zwei Punkten an den gegenüberliegenden Seiten gemessen.
Jede Platte wird um 90° gedreht und nochmals gemessen, um Orientierungseffekte
des Teils zu minimieren. Schrumpfung wird relativ zu den Nullkalibrierungen gemessen,
die vom Hersteller für die Vorrichtung festgelegt wurden. Drei Platten werden
für jede Formulierung untersucht und das Mittel und Standardabweichung für
jede Zusammensetzung wird in Tabelle 11 zur Verfügung gestellt. Zumindest vierfache
Reduktion in der Schrumpfung wird erhalten, wenn die polymere Additivkombination
aus einem Polyethylen-buten) und einem Polybutadien eingesetzt wird (Bsp. 83-92
gegenüber V.-Bspn. 10-12).
Welligkeit und Orangenhaut werden wie oben beschrieben unter Verwendung
von schwarzglänzend lackierten Oberflächen gemessen. Beispiele 83 bis
92, aufweisend polymere Additive, zeigen wesentlich geringere Welligkeit und Orangenhautwerte
als Vergleichsbeispiele 10 bis 21, denen polymere Additive fehlen. Tabelle 11 (Forts.)
Die Ergebnisse der oben angegebenen Experimente zeigen, dass die Zusammensetzungen,
welche die polymeren Additive aufweisen, reduzierte Schrumpfung und verbesserte
Oberflächenglattheit relativ zu Zusammensetzungen ohne die polymeren Additive
zeigen.
Während die Erfindung mit Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen
vorgenommen und Äquivalente Elemente davon ersetzen können, ohne vom Umfang
der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen
werden, um eine spezielle Situation oder Material an die erfindungsgemäßen
Lehren anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher ist beabsichtigt,
dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform, wie sie als beste
Art und Weise zum Ausführen dieser Erfindung offenbart ist eingeschränkt
ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen enthält, die innerhalb
des Umfangs der anhängenden Ansprüche fallen.
Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und andere Referenzen werden
hiermit durch Bezugnahme in ihrer Vollständigkeit eingeschlossen.
Anspruch[de]
Eine härtbare Zusammensetzung aufweisend:
einen funktionalisierten Polyarylenether;
ein alkenyl-aromatisches Monomer;
ein Acryloylmonomer; und
ein Polymeradditiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polystyrol,
einem Poly(styrol-maleinsäureanhydrid), einem Polystyrol-methylmethacrylat),
einem Polybuten, einem Polyethylen-butylen), einem Poly(vinylether), einem Poly(vinyl-alkanoat),
worin die Alkanoatgruppe wenigstens drei Kohlenstoffe hat, und Kombinationen aufweisend
wenigstens eins der vorstehenden Polymeradditive.Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymeradditiv Polystyrol
aufweist.Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymeradditiv Poly(styrolmaleinsäureanhydrid)
aufweist.Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymeradditiv Poly(styrolmethylmethacrylat)
aufweist.Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymeradditiv Polybuten
aufweist.Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymeradditiv Poly(ethylenbutylen)
aufweist.Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei das Polymeradditiv weiterhin
ein Polybutadien aufweist.Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymeradditiv einen Poly(vinylether)
aufweist.Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymeradditiv Poly(vinylalkanoat)
aufweist, worin die Alkanoatgruppe wenigstens drei Kohlenstoffe hat.Verfahren zur Bildung einer härtbaren Zusammensetzung, bei welchem
man:
einen funktionalisierten Poly(arylenether);
ein alkenyl-aromatisches Monomer;
ein Acryloylmonomer; und
ein Polymeradditiv mischt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polystyrol,
einem Poly(styrol-maleinsäureanhydrid), einem Poly(styrolmethylmethacrylat,
einem Poly(buten), einem Polyethylen-buten), einem Poly(vinylether), einem Poly(vinylalkanoat),
worin die Alkanoatgruppe wenigstens drei Kohlenstoffe hat, und Kombinationen aufweisend
wenigstens eines der vorstehenden Polymeradditive.