DE102012108950A1 - Polymerizable mixture, useful to prepare fiber reinforced molded body, as adhesive and in cartridge, comprises a specified range of alkylmethacrylate, preferably methylmethacrylate, and impact-resistant acrylic glass - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine polymerisierbare Masse. Weiterhin beschreibt die vorliegende Erfindung härtbare Zusammensetzungen und faserverstärkte Formkörper. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Formkörpern. Ferner beschreibt die vorliegende Erfindung die Verwendung der polymerisierbaren Masse als Klebstoff sowie eine mit der polymerisierbaren Masse gefüllte Kartusche. The invention relates to a polymerizable composition. Furthermore, the present invention describes curable compositions and fiber-reinforced moldings. Moreover, the invention relates to a process for the production of fiber-reinforced moldings. Furthermore, the present invention describes the use of the polymerizable composition as an adhesive and a cartridge filled with the polymerizable composition.
Faserverstärkte Formkörper, die auf härtbaren Harzen basieren, sind seit langem bekannt und werden vielfältig eingesetzt. Vorteile dieser Formkörper sind unter anderem deren gute mechanische Eigenschaften, bei akzeptablem Preis und geringem Gewicht. So werden faserverstärkte Kunststoffe im Flugzeugbau und im Bootsbau in großem Maß eingesetzt. Zur Herstellung von Automobilen fanden diese Kunststoffe bisher jedoch keine breite Anwendung, da die bekannten Kunststoffe nur schwer repariert werden können. Hierbei sind insbesondere Schwierigkeiten mit der Haftfähigkeit von nachträglich aufgebrachten Lacken zu nennen. Weiterhin zeigen die bisherigen Kunststoffe bei einem Preis, der mit den üblich verwendeten Metallen, wie Stahl oder Aluminium vergleichbar ist, zu schlechte mechanische Eigenschaften. In diesem Zusammenhang ist insbesondere auf kohlenstoffbasierende Karosserieteile zu verweisen, die insbesondere im Rennsport eingesetzt werden, jedoch in der Herstellung äußerst aufwendig sind, so dass aufgrund der hohen Kosten die mit vielen Vorteilen verbundenen Werkstoffe nur sehr selten eingesetzt werden. Fiber-reinforced moldings based on curable resins have long been known and are used in a variety of applications. Advantages of these moldings include their good mechanical properties, at an acceptable price and low weight. For example, fiber-reinforced plastics are widely used in aircraft construction and boat building. For the production of automobiles, however, these plastics have not been widely used, since the known plastics are difficult to repair. In particular, difficulties with the adhesiveness of subsequently applied paints should be mentioned. Furthermore, the previous plastics at a price that is comparable to the commonly used metals, such as steel or aluminum, too poor mechanical properties. In this context, reference should be made in particular to carbon-based body parts, which are used in particular in racing, but are extremely expensive to manufacture, so that due to the high cost associated with many advantages materials are used only very rarely.
Weiterhin werden 2-Komponentenkleber auf Basis von (Meth)acrylaten seit längerem eingesetzt, wobei diese für viele zähe Kunststoffe jedoch zu hart sind, so dass die Klebenaht bei einer starken Beanspruchung, insbesondere bei Kälte zerstört werden kann. Furthermore, 2-component adhesives based on (meth) acrylates have been used for a long time, but these are too hard for many tough plastics, so that the adhesive seam can be destroyed in heavy use, especially in cold weather.
In Anbetracht des Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine polymerisierbare Masse und einen hieraus erhältlichen Formkörper bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere sollte ein aus der polymerisierbaren Masse erhaltener Formkörper ein ausgezeichnetes Eigenschaftsprofil aufweisen. Demgemäß sollte ein gattungsgemäßer Formkörper hervorragende mechanische Eigenschaften zeigen, wie beispielsweise eine hohe Schlagzähigkeit bei einer hohen Zugfestigkeit. Weiterhin sollte ein Formkörper leicht repariert werden können, wobei eine Lackierung mit einer hohen Haftfestigkeit zu einem späteren Zeitpunkt aufgebracht werden können sollte. In view of the prior art, it is an object of the present invention to provide a polymerizable composition and a molded article obtainable therefrom, which avoids the disadvantages mentioned. In particular, a molded article obtained from the polymerizable composition should have an excellent property profile. Accordingly, a generic molded article should exhibit excellent mechanical properties, such as a high impact strength with a high tensile strength. Furthermore, a molded article should be easy to repair, and a coating having a high adhesive strength should be able to be applied at a later time.
Ferner war es mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Formkörper zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Chemikalienbeständigkeit aufweist. Weiterhin sollte der Formkörper ein relativ geringes Gewicht, bezogen auf die mechanischen Eigenschaften, zeigen. Furthermore, it was therefore an object of the present invention to provide a molded article which has a high resistance to chemicals. Furthermore, the molding should show a relatively low weight, based on the mechanical properties.
Darüber hinaus kann es als Aufgabe angesehen werden, einen Formkörper bereitzustellen, der leicht und kostengünstig hergestellt und verarbeitet werden kann. Hierbei sollte die Herstellung und Verarbeitung der polymerisierbaren Masse und der hieraus erhältlichen Formkörper möglichst umweltfreundlich und sicher erfolgen können. Moreover, it may be considered an object to provide a molded article that can be easily and inexpensively manufactured and processed. In this case, the preparation and processing of the polymerizable composition and the molding obtained therefrom should be as environmentally friendly and safe as possible.
Weiterhin sollten die Eigenschaften des Formkörpers über eine lange Zeit, auch bei Bewitterung, erhalten bleiben. Furthermore, the properties of the molding should remain over a long time, even with weathering.
Eine weitere Aufgabe kann darin gesehen werden, eine polymerisierbare Masse zur Verfügung zu stellen, die als Beschichtungsmasse, Kleber und/oder Gussmasse eingesetzt werden kann. Hierbei sollten die gehärteten Massen eine ausgezeichnete Schlagzähigkeit, Verschleißfestigkeit, Reißfestigkeit, Vibrationsbeständigkeit und Zugfestigkeit aufweisen. Weiterhin sollte der Elastizitätsmodul über einen weiten Bereich variierbar sein, so dass Gegenstände mit einem sehr hohen oder relativ geringen Elastizitätsmodul erhalten werden können. Another object can be seen to provide a polymerizable composition which can be used as a coating composition, adhesive and / or casting compound. Here, the cured compositions should have excellent impact resistance, wear resistance, tear resistance, vibration resistance and tensile strength. Furthermore, the elastic modulus should be variable over a wide range, so that articles with a very high or relatively low modulus of elasticity can be obtained.
Ferner war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine polymerisierbare Masse, die insbesondere als Kleber eingesetzt werden kann, zur Verfügung zu stellen, die eine geringe Schaumbildung aufweist. It was another object of the present invention to provide a polymerizable composition, which can be used in particular as an adhesive, which has a low foaming.
Darüber hinaus war die Bereitstellung einer Kartusche, die eine besonders einfache Verarbeitung der polymerisierbaren Masse der vorliegenden Erfindung ermöglicht, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Moreover, the provision of a cartridge which enables a particularly simple processing of the polymerizable composition of the present invention was an object of the present invention.
Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne Weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch eine polymerisierbare Masse mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. These are solved as well as other tasks which are not explicitly mentioned, but which are readily derivable or deducible from the contexts discussed hereinbelow by a polymerizable composition having all the features of patent claim 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend eine polymerisierbare Masse, enthaltend
30–97 Gew.% Alkylmethacrylat mit 1-6 Kohlenstoffatomen im Alkylrest und
3–70 Gew.% schlagzähes Acrylglas. The present invention accordingly provides a polymerizable composition comprising
30-97 wt.% Alkyl methacrylate having 1-6 carbon atoms in the alkyl radical and
3-70 wt.% Impact-resistant acrylic glass.
Hierdurch gelingt es auf nicht vorhersehbare Weise eine polymerisierbare Masse zur Verfügung zu stellen, mit der härtbare Zusammensetzungen, faserverstärkte Formkörper, Beschichtungsmassen und Klebstoffe erhältlich sind, die über ein hervorragendes Eigenschaftsprofil verfügen. This makes it possible to provide a polymerizable composition in an unpredictable manner, with the curable compositions, fiber-reinforced moldings, coating compositions and Adhesives are available that have an excellent property profile.
Insbesondere weisen die aus polymerisierbaren Massen oder härtbaren Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung erhaltenen Formkörper ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf, wie beispielsweise eine hohe Schlagzähigkeit bei einer hohen Zugfestigkeit. Weiterhin können die Formkörper leicht repariert werden, wobei Lackierungen mit einer hohen Haftfestigkeit zu einem späteren Zeitpunkt aufgebracht werden. In particular, the molded articles obtained from polymerizable compositions or curable compositions of the present invention have excellent mechanical properties, such as high impact strength at a high tensile strength. Furthermore, the moldings can be easily repaired, with coatings having a high adhesive strength being applied at a later time.
Ferner zeigen die aus den polymerisierbaren Massen erhältlichen Formkörper der vorliegenden Erfindung eine hohe Chemikalienbeständigkeit und ein relativ geringes Gewicht, bezogen auf die mechanischen Eigenschaften. Further, the molded articles of the present invention obtainable from the polymerizable compositions exhibit high chemical resistance and a relatively low weight in terms of mechanical properties.
Darüber können die polymerisierbaren Massen und die härtbaren Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sowie die hieraus erhältlichen Formkörper leicht und kostengünstig hergestellt und verarbeitet werden. Hierbei können die Herstellung und Verarbeitung der polymerisierbaren Massen und der hieraus erhältlichen Formkörper sehr umweltfreundlich und sicher erfolgen. Moreover, the polymerizable compositions and the curable compositions of the present invention and the molded articles obtainable therefrom can be easily and inexpensively produced and processed. In this case, the preparation and processing of the polymerizable compositions and the moldings obtainable therefrom can be carried out in a very environmentally friendly and safe manner.
Weiterhin bleiben die Eigenschaften des Formkörpers der vorliegenden Erfindung über eine lange Zeit, auch bei Bewitterung, erhalten. Furthermore, the properties of the molded article of the present invention are maintained over a long time, even under weathering.
Hierbei weisen die gehärteten Massen eine ausgezeichnete Schlagzähigkeit, Verschleißfestigkeit, Reißfestigkeit, Vibrationsbeständigkeit und Zugfestigkeit auf. Diese Eigenschaften bleiben über einen großen Zeitraum erhalten. Die gehärteten Massen zeigen eine hohe Dauerelastizität und eine relativ hohe Temperaturstabilität. Ferner zeigen die gehärteten Massen auch bei sehr tiefen Temperaturen überraschend gute mechanische Eigenschaften, insbesondere hervorragende Schlagzähigkeiten. Weiterhin haben die gehärteten Massen eine hohe Chemikalienbeständigkeit und eine geringe Neigung zur Bildung von Spannungsrissen. Darüber hinaus zeigen die polymerisierten Massen eine hohe Bewitterungsstabilität. Ferner kann der Elastizitätsmodul über einen weiten Bereich variiert werden, so dass Gegenstände mit einem sehr hohen oder relativ geringen Elastizitätsmodul erhalten werden können. Here, the cured compositions have excellent impact resistance, wear resistance, tear resistance, vibration resistance and tensile strength. These properties are retained over a long period of time. The cured materials show a high permanent elasticity and a relatively high temperature stability. Furthermore, the cured compositions show surprisingly good mechanical properties even at very low temperatures, in particular outstanding impact toughness. Furthermore, the cured compositions have a high chemical resistance and a low tendency to form stress cracks. In addition, the polymerized compositions show a high weathering stability. Furthermore, the modulus of elasticity can be varied over a wide range, so that articles with a very high or relatively low modulus of elasticity can be obtained.
Die polymerisierbaren Massen können auf einer Vielzahl von Substraten als Kleber eingesetzt werden, wobei sich der Kleber insbesondere zum Verbinden von unterschiedlichsten Materialien eignet. The polymerizable compositions can be used on a variety of substrates as an adhesive, the adhesive is particularly suitable for bonding a variety of materials.
Weiterhin stellt vorliegende Erfindung polymerisierbare Massen mit den genannten Eigenschaften bereit, die besonders einfach hergestellt und verarbeitet werden können. Insbesondere können die Massen bei unterschiedlichsten Bedingungen polymerisiert werden, wobei die Verarbeitungszeit (Topfzeit) an die verschiedensten Anforderungen angepasst werden kann. Beispielsweise können die polymerisierbaren Massen nach kurzer Zeit einer Bewitterung ausgesetzt werden. Ferner können die Massen selbst bei Temperaturen von –20°C gehärtet werden. Darüber hinaus können die polymerisierbaren Massen auch durch relativ gering qualifizierte Personen verarbeitet werden. Darüber hinaus sind die polymerisierbaren Massen kostengünstig herstellbar. Furthermore, the present invention provides polymerizable compositions having the said properties, which can be produced and processed particularly easily. In particular, the masses can be polymerized under very different conditions, wherein the processing time (pot life) can be adapted to the most diverse requirements. For example, the polymerizable compositions can be exposed to weathering after a short time. Furthermore, the compositions can be cured even at temperatures of -20 ° C. In addition, the polymerizable compositions can also be processed by relatively low skilled people. In addition, the polymerizable compositions are inexpensive to produce.
Weiterhin können die polymerisierbaren Massen eine hohe Transparenz aufweisen, so dass Klebenähte, insbesondere auf transparenten Substraten mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit, beispielsweise Formkörpern aus Polymethylmethacrylat kaum sichtbar sind. Furthermore, the polymerizable compositions may have a high transparency, so that adhesive seams, especially on transparent substrates with a high transparency, for example moldings made of polymethyl methacrylate are barely visible.
Bevorzugte polymerisierbare Massen zeigen darüber hinaus nur eine geringe Schaumbildung auf. Diese Eigenschaft ist insbesondere bei Verklebungen von zwei angeschrägten Kunststoffformkörper wichtig, da diese häufig in Form von Raupen ausgeführt werden. In addition, preferred polymerizable compositions show only little foaming. This property is particularly important in bonding two bevelled plastic moldings, since they are often carried out in the form of beads.
Eine erfindungsgemäße polymerisierbare Masse umfasst 30–97 Gew.% Alkylmethacrylat mit 1-6 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, vorzugsweise Methylmethacrylat. Die Alkylmethacrylate sind Methacrylsäureester der C1-C6-Alkanole. Neben dem besonders bevorzugten Methylmethacrylat (MMA) sind hier unter anderem Butyl- und Cyclohexylmethacrylat zu nennen. Der Anteil dieser Monomeren an der polymerisierbaren Masse beträgt vorzugsweise 40 bis 95 Gew.-% insbesondere 60 bis 90 Gew.%, bevorzugt 75 bis 85 Gew.%. Höhere Anteile an Alkylmethacrylat mit 1-6 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, insbesondere an Methylmethacrylat führen zu Formkörpern mit einer größeren Zugfestigkeit. A polymerizable composition according to the invention comprises 30-97% by weight of alkyl methacrylate having 1-6 carbon atoms in the alkyl radical, preferably methyl methacrylate. The alkyl methacrylates are methacrylic acid esters of the C1-C6 alkanols. In addition to the particularly preferred methyl methacrylate (MMA), mention may be made, inter alia, of butyl and cyclohexyl methacrylate. The proportion of these monomers in the polymerizable composition is preferably 40 to 95% by weight, in particular 60 to 90% by weight, preferably 75 to 85% by weight. Higher proportions of alkyl methacrylate having 1-6 carbon atoms in the alkyl radical, in particular methyl methacrylate lead to moldings having a higher tensile strength.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen polymerisierbaren Masse umfasst neben den Alkylmethacrylaten mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen im Alkylrest bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 3 und besonders bevorzugt 2 bis 2,5 Gew.-% einer oder mehrerer Allylverbindung mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen. Neben der obligatorischen Allylgruppe kann die Verbindung eine weitere ethylenisch ungesättigte Doppelbindung umfassen, die radikalisch polymerisierbar ist, wie beispielsweise eine Vinyl-, eine Acryl- oder eine Methacrylgruppe. Zu den bevorzugten Verbindungen gehören unter anderem Allylacrylat, Allylmethacrylat, 1,3,5-Tri-2-propenyl-1,3,5-triazin-2,4,6(1H,3H,5H)-trion (Triallylisocyanurat) und 2,4,6-Tris(2-propenyloxy)-1,3,5-triazin (Triallylcyanurat). Von den genannten Verbindungen ist Triallylcyanurat besonders bevorzugt. Mit steigendem Anteil an Allylverbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen verbessert sich die Umformbarkeit der Formkörper bei hohen Temperaturen, ohne dass die mechanischen Eigenschaften, beispielsweise die Schlagzähigkeit in inakzeptablem Maß beeinträchtigt wird. Allerdings kann hierdurch die Zugfestigkeit der Formkörper nachteilig beeinflusst werden. An embodiment of the polymerizable composition according to the invention comprises in addition to the alkyl methacrylates having 1 to 6 carbon atoms in the alkyl radical preferably 1 to 5 wt .-%, preferably 1.5 to 3 and particularly preferably 2 to 2.5 wt .-% of one or more allyl compound with at least two polymerizable groups. In addition to the obligatory allyl group, the compound may comprise another ethylenically unsaturated double bond which is free radically polymerizable, such as a vinyl, an acrylic or a methacrylic group. The preferred compounds include allyl acrylate, allyl methacrylate, 1,3,5-tri-2-propenyl-1,3,5-triazine-2,4,6 (1H, 3H, 5H) -trione (triallyl isocyanurate), and 2 , 4,6-tris (2-propenyloxy) -1,3,5-triazine (triallyl cyanurate). Of the compounds mentioned, triallyl cyanurate is particularly preferred. With increasing share of Allyl compounds having at least two polymerizable groups improve the formability of the moldings at high temperatures without impairing the mechanical properties, for example the impact strength, to an unacceptable extent. However, this can adversely affect the tensile strength of the moldings.
Neben den genannten Monomeren kann eine polymerisierbare Masse der vorliegenden Erfindung weitere Monomere enthalten, die mit den genannten Alkylmethacrylaten copolymerisierbar sind, die unter anderem in den genannten Druckschriften
Dies sind z. B. C1-C10-Alkylester der Acrylsäure, wie Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Alkylester der Methacrylsäure, die sich von den zuvor genannten Alkylmethacrylaten mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen im Alkylrest unterscheiden, (Meth)acrylate mit Ethergruppen, insbesondere (Meth)acrylate mit Glykolgruppen, wie zum Beispiel Butyldiglykolmethacrylat (BDGMA) oder funktionelle Monomere. Unter dem Begriff funktionelle Monomere werden insbesondere Verbindungen verstanden, die neben einer ungesättigten C-C-Doppelbindung mindestens eine weitere reaktive Gruppe aufweisen. Hierzu gehören insbesondere Monomere mit zwei oder mehr ethylenisch ungesättigten C-C-Doppelbindungen, die sich von den zuvor dargelegten Allylverbindungen unterscheiden, Monomere mit Hydroxylgruppen oder Monomere mit Säuregruppen. These are z. As C1-C10 alkyl esters of acrylic acid, such as butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, alkyl esters of methacrylic acid, which differ from the aforementioned alkyl methacrylates having 1 to 6 carbon atoms in the alkyl radical, (meth) acrylates with ether groups, in particular (meth) acrylates with Glycol groups such as butyl diglycol methacrylate (BDGMA) or functional monomers. The term functional monomers is understood in particular to mean compounds which have at least one further reactive group in addition to an unsaturated C-C double bond. These include in particular monomers having two or more ethylenically unsaturated C-C double bonds, which differ from the allyl compounds set out above, monomers having hydroxyl groups or monomers having acid groups.
Zur Verbesserung der Hafteigenschaften können, je nach zu verklebenden Substraten, insbesondere Monomere mit Säuregruppen, vorzugsweise Methacrylsäure, oder Hydroxygruppen, beispielsweise Hydroxyethylmethacrylat und/oder Hydroxypropylmethacrylat eingesetzt werden. Der Anteil an Monomeren mit mindestens einer Säuregruppe, vorzugsweise an Methacrylsäure kann bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% betragen. Der Anteil an Monomeren mit mindestens einer Hydroxygruppe kann bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% liegen. Depending on the substrates to be bonded, in particular monomers with acid groups, preferably methacrylic acid, or hydroxy groups, for example hydroxyethyl methacrylate and / or hydroxypropyl methacrylate, may be used to improve the adhesive properties. The proportion of monomers having at least one acid group, preferably methacrylic acid, may preferably be from 0.1 to 10% by weight, more preferably from 0.2 to 5% by weight. The proportion of monomers having at least one hydroxyl group may preferably be in a range from 0.1 to 10% by weight, particularly preferably 0.2 to 5% by weight.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die polymerisierbare Masse vorzugsweise 0 bis 40 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 30 Gew.% und speziell bevorzugt 5 bis 20 Gew.% C1-C10-Alkylester der Acrylsäure und/oder (Meth)acrylate mit Ethergruppen, vorzugsweise Ethylhexylacrylat enthalten. Höhere Anteile an C1-C10-Alkylestern der Acrylsäure, vorzugsweise an Ethylhexylacrylat, führen zu Formkörpern, die sich sehr gut Umformen lassen, im Allgemeinen jedoch eine geringere Zugfestigkeit aufweisen. Überraschend kann durch die Verwendung von C1-C10-Alkylestern der Acrylsäure, vorzugsweise Ethylhexylacrylat die Schlagzähigkeit und/oder die Zugdehnung bei Bruch verbessert werden, wobei diese Verbesserung bevorzugt bei einem Anteil an C1-C10-Alkylestern der Acrylsäure im Bereich von 15 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 25 Gew.-% erzielt werden können. According to a particular aspect of the present invention, the polymerizable composition may preferably be 0 to 40% by weight, in particular 0.1 to 35% by weight, more preferably 1 to 30% by weight and especially preferably 5 to 20% by weight of C1- C10 alkyl esters of acrylic acid and / or (meth) acrylates containing ether groups, preferably ethylhexyl acrylate. Higher proportions of C1-C10-alkyl esters of acrylic acid, preferably of ethylhexyl acrylate, lead to moldings which can be formed very well, but generally have a lower tensile strength. Surprisingly, the impact strength and / or the tensile elongation at break can be improved by the use of C 1 -C 10 -alkyl esters of acrylic acid, preferably ethylhexyl acrylate, this improvement preferably being carried out at a proportion of C 1 -C 10 -alkyl esters of acrylic acid in the range from 15 to 30% by weight .-%, preferably 20 to 25 wt .-% can be achieved.
Von besonderer Bedeutung sind Polymerisationsvernetzer, hierin auch Vernetzer genannt, wie Acrylsäure- und Methacrylsäureester mehrwertiger Alkohole, die sich von den zuvor dargelegten Allylverbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen unterscheiden. Zu diesen gehören insbesondere (Meth)acrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z. B. Vinyl(meth)acrylat, sowie (Meth)acrylate, die sich von Diolen oder höherwertigen Alkoholen ableiten, wie z. B. Glycoldi(meth)acrylate, wie Ethylenglycoldi(meth)acrylat, Diethylenglycoldi(meth)acrylat, Triethylenglycoldi(meth)acrylat, Tetra- und Polyethylenglycoldi(meth)acrylat, 1,3-Butandioldi(meth)acrylat, 1,4-Butandioldi(meth)acrylat, 1,6-Hexandioldi(meth)acrylat, Glycerindi(meth)acrylat und Diurethandimethacrylat; (Meth)acrylate mit drei oder mehr Doppelbindungen, wie z. B. Glycerintri(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Pentaerythrittetra(meth)acrylat und Dipentaerythritpenta(meth)acrylat. Der Begriff (Meth)acrylat umfasst Ester der Acrylsäure, der Methacrylsäure sowie Mischungen derselben. Zu den bevorzugten Acrylaten zählt beispielsweise Propantrioltriacrylat. Besondere Vorteile können mit Methacrylsäureestern mehrwertiger Alkohole wie Butandioldimethacrylat erzielt werden. Of particular importance are polymerization crosslinkers, also referred to herein as crosslinkers, such as acrylic and methacrylic esters of polyhydric alcohols, which differ from the allyl compounds set forth above with at least two polymerizable groups. These include in particular (meth) acrylates derived from unsaturated alcohols, such as. As vinyl (meth) acrylate, and (meth) acrylates derived from diols or higher alcohols, such as. Glycol di (meth) acrylates, such as ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetra- and polyethylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butanediol di (meth) acrylate, 1,4- Butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, glycerol di (meth) acrylate and diurethane dimethacrylate; (Meth) acrylates having three or more double bonds, such as. As glycerol tri (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate and dipentaerythritol penta (meth) acrylate. The term (meth) acrylate includes esters of acrylic acid, methacrylic acid and mixtures thereof. The preferred acrylates include, for example, propanetriol triacrylate. Particular advantages can be achieved with methacrylic acid esters of polyhydric alcohols, such as butanediol dimethacrylate.
Vorzugsweise weist ein Vernetzer ein Molekulargewicht kleiner als 1500 g/mol, besonders bevorzugt kleiner als 1000 g/mol, insbesondere bevorzugt kleiner als 600 g/mol und speziell bevorzugt kleiner als 400 g/mol auf. A crosslinker preferably has a molecular weight of less than 1500 g / mol, particularly preferably less than 1000 g / mol, more preferably less than 600 g / mol and especially preferably less than 400 g / mol.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Anteil dieser Vernetzer, die sich von den zuvor dargelegten Allylverbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen unterscheiden, 0 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,01–5 Gew.-% betragen, besonders bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.-% und besonders bevorzugt ist ein Anteil von 0,1–1 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der polymerisierbaren Masse. According to one aspect of the present invention, the proportion of these crosslinkers, which differ from the allyl compounds set out above with at least two polymerizable groups, can be 0 to 10% by weight, preferably 0.01 to 5% by weight, particularly preferably 0, 05 to 3 wt .-% and particularly preferred is a proportion of 0.1-1 wt.%, Based on the weight of the polymerizable composition.
Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil an Vernetzer 0,2 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-%. Höhere Anteile an Vernetzer führen zu Formkörpern, die eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweisen. Allerdings nimmt die Umformbarkeit bei hohen Temperaturen ab. According to a further preferred embodiment, the proportion of crosslinker is 0.2 to 4 wt .-%, preferably 0.5 to 3 wt .-%. Higher levels of crosslinker lead to moldings which have a very high tensile strength. However, the formability decreases at high temperatures.
Überraschend kann durch die Verwendung von Vernetzern die Schaumbildung der polymerisierbaren Massen bei der Polymerisation verringert werden, wobei Methacrylsäureestern mehrwertiger Alkohole wie Butandioldimethacrylat zu besonders günstigen Ergebnissen führen. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine sehr schnelle Härtung ohne die Bildung von Schaum erzielt werden. Surprisingly, the foaming of the polymerizable compositions in the polymerization can be reduced by the use of crosslinkers, with methacrylic acid esters of polyhydric alcohols such as butanediol dimethacrylate leading to particularly favorable results. By this configuration, in particular a very fast curing can be achieved without the formation of foam.
Üblich werden die polymerisierbaren Massen durch Verwendung von Initiatoren radikalisch gehärtet. Je nach Art der Verwendung der erfindungsgemäßen Masse, insbesondere der Herstellung der faserverstärkten Formkörpern können unterschiedliche Initiatorsysteme eingesetzt werden. Bei Herstellung von schlagzähen Gegenständen können thermische Initiatoren und/oder Systeme eingesetzt werden, die eine Härtung bei Raumtemperatur ermöglichen. Usually, the polymerizable compositions are free-radically cured by using initiators. Depending on the nature of the use of the composition according to the invention, in particular the production of the fiber-reinforced moldings, different initiator systems can be used. In the production of impact resistant articles thermal initiators and / or systems can be used, which allow curing at room temperature.
Geeignete thermische Initiatoren sind unter anderem Azoverbindungen, Peroxyverbindungen, Persulfatverbindungen oder Azoamidine. Nicht limitierende Beispiele sind Dibenzoylperoxid, Dicumolperoxid, Cumolhydroperoxid, Diisopropylperoxidicarbonat, Bis(4-t-butylcyclohexyl)peroxidicarbonat, t-Amylperester, vorzugsweise t-Amylperoxy-2-ethylhexanoat, 2,2'-Azobis(2-methylpropionitril) (AIBN), 2,2'-Azobis-(isobuttersäureamidin)hydrochlorid, Benzpinakol, Dibenzylderivate, Methylethylenketonperoxid, 1,1-Azobiscyclohexancarbonitril, Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, Dilaurylperoxid, Didecanoylperoxid, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, Ketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, tert.-Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoylperoxy)-2,5-dimethylhexan, tert.-Butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoat, tert.-Butylperoxyisobutyrat, tert.-Butylperoxyacetat, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan, tert.-Butylhydroperoxid, sowie die von der Firma DuPont unter dem Namen ®Vazo, beispielsweise ®Vazo V50 und ®Vazo WS erhältlichen Radikalbildner. Zweckmäßig können zur Härtung 0,01 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% thermischen Initiator, bezogen auf das Gewicht der polymerisierbaren Masse, eingesetzt werden. Suitable thermal initiators include azo compounds, peroxy compounds, persulfate compounds or azoamidines. Non-limiting examples are dibenzoyl peroxide, dicumyl peroxide, cumene hydroperoxide, diisopropyl peroxydicarbonate, bis (4-t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, t-amyl perester, preferably t-amyl peroxy-2-ethylhexanoate, 2,2'-azobis (2-methylpropionitrile) (AIBN), 2,2'-azobis (isobutyric acid amidine) hydrochloride, benzopinacol, dibenzyl derivatives, methyl ethyl ketone peroxide, 1,1-azobiscyclohexanecarbonitrile, methyl ethyl ketone peroxide, acetylacetone peroxide, dilauryl peroxide, didecanoyl peroxide, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, ketone peroxide, methyl isobutyl ketone peroxide, cyclohexanone peroxide, tert. Butyl peroxybenzoate, tert-butyl peroxyisopropyl carbonate, 2,5-bis (2-ethylhexanoylperoxy) -2,5-dimethylhexane, tert -butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoate, tert-butylperoxyisobutyrate, tert -butylperoxyacetate, 1.1 Bis (tert-butylperoxy) cyclohexane, 1,1-bis (tert-butylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, tert-butyl hydroperoxide, and those from DuPont under the name ® Vazo, for example ® Vazo V50 and ® Vazo W S available radical formers. It is expedient to be able to cure from 0.01% by weight to 15% by weight, preferably from 0.1% by weight to 10% by weight and particularly preferably from 0.5% by weight to 5% by weight of thermal initiator , based on the weight of the polymerizable mass, are used.
Systeme, die eine Härtung bei Raumtemperatur ermöglichen, umfassen vorzugsweise Redoxinitiatoren oder Fotoinitiatoren. Zu den bevorzugten Fotoinitiatoren gehören unter anderem α α-Diethoxyacetophenon (DEAP, Upjon Corp), n-Butylbenzoinether (®Trigonal-14, AKZO) und 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon (®Irgacure 651) und 1-Benzoylcyclohexanol (®Irgacure 184), Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxid (®Irgacure 819) und 1-[4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl]-2-hydroxy-2-phenylpropan-1-on (®Irgacure 2959), die jeweils von der Fa. Ciba Geigy Corp. kommerziell erhältlich sind. Redoxinitiatoren können vorzugsweise neben einem Radikalbildner mindestens eine Aminverbindung umfassen. Systems which allow for curing at room temperature preferably include redox initiators or photoinitiators. Preferred photoinitiators include αα-diethoxyacetophenone (DEAP, Upjon Corp), n-butyl benzoin ether ( ® Trigonal-14, AKZO) and 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone ( ® Irgacure 651) and 1-benzoylcyclohexanol ( ® Irgacure 184), bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide ( ® Irgacure 819), and 1- [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl] -2-hydroxy-2-phenylpropan-1-one ( ® Irgacure 2959 ), each of the company Ciba Geigy Corp. are commercially available. Redox initiators may preferably comprise at least one amine compound in addition to a free radical generator.
Als Redoxsystem hat sich zur Härtung der polymerisierbaren Masse bei tiefen Temperaturen tert. aromatisches Amin und Benzoylperoxid bewährt, wobei diese Kombination bei tiefen Temperaturen bis –20°C noch einsetzbar ist. Weiterhin kann ein System aus tert. Butyl-mono-permaleinat (beispielsweise 25%ig (ca. 0,13%)) + Zinkiso-oktyl-thio-glykolat (beispielsweise ca. 0,05%) mit Vorteil eingesetzt werden, wobei sich dieses System durch eine sehr geringe Vergilbung der polymerisierten Massen und einen gleichmäßigen Reaktionsverlauf auszeichnet. Bei kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von Platten oder dünnen Schichten ist eine schnelle Reaktion gewünscht. Hier hat sich tert. Butyl-mono-permaleinat, (beispielsweise 25%ig (ca. 1,2%)) + Kalziumhydroxid (Schäferkalk beispielsweise 0,3%) + Pentaerythrit-tetrakis-3-mercapto-propionat (beispielsweise ca. 0,01 bis 0,15%) bewährt. As a redox system has to harden the polymerizable mass at low temperatures tert. proven aromatic amine and benzoyl peroxide, this combination at low temperatures to -20 ° C is still used. Furthermore, a system of tert. Butyl mono-permaleinate (for example, 25% (about 0.13%)) + zinc iso-oktyl-thio-glycolate (for example, about 0.05%) are used with advantage, this system by a very low yellowing the polymerized masses and a uniform course of reaction distinguishes. In continuous processes for making sheets or sheets, a fast reaction is desired. Here has tert. Butyl mono-permaleinate, (for example, 25% (about 1.2%)) + calcium hydroxide (shepherd lime, for example, 0.3%) + pentaerythritol tetrakis-3-mercapto-propionate (for example, about 0.01 to 0, 15%) proven.
Vorzugsweise werden aromatische tertiäre Amine eingesetzt, wie zum Beispiel Di-methylanilin oder Di-isopropoxy-p-toluidin. Preferably, aromatic tertiary amines are used, such as di-methylaniline or di-isopropoxy-p-toluidine.
Neben den zuvor dargelegten Monomeren umfassen die polymerisierbaren Massen der vorliegenden Erfindung 3–70 Gew.%, vorzugsweise 10 bis 40 und besonders bevorzugt 15 bis 30 Gew.-% schlagzähes Acrylglas. Schlagzähes Acrylglas ist ein Kunststoff auf Basis von Acrylaten, der schlagzäh ausgestaltet ist. Besides the monomers set forth above, the polymerizable compositions of the present invention comprise 3-70% by weight, preferably 10 to 40% and more preferably 15 to 30% by weight impact-resistant acrylic glass. Impact-resistant acrylic is a plastic based on acrylates, which is designed impact-resistant.
Unter dem Begriff unter einem Kunststoff auf Basis von Acrylaten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Polymer verstanden, dass durch radikalische Polymerisation von (Meth)acrylaten erhältlich ist. Bevorzugte schlagzähmodifizierte Acrylgläser umfassen mindestens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 60 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-% an Wiederholungseinheiten, die von (Meth)acrylaten abgeleitet sind. Die Poly(meth)acrylate können bevorzugt durch radikalische Polymerisation erhalten werden. Dementsprechend ergibt sich der Gewichtsanteil an Wiederholungseinheiten aus den zur Herstellung der Polymere eingesetzten Gewichtsanteilen an entsprechenden Monomeren. Von den genannten (Meth)acrylaten ist insbesondere Methylmethacrylat bevorzugt. In the context of the present invention, the term "acrylate-based plastic" is understood as meaning a polymer obtainable by free-radical polymerization of (meth) acrylates. Preferred toughened acrylic glasses comprise at least 40% by weight, more preferably at least 60% by weight and most preferably at least 80% by weight of repeat units derived from (meth) acrylates. The poly (meth) acrylates can preferably be obtained by free-radical polymerization. Accordingly, the proportion by weight of repeating units results from the proportions by weight of corresponding monomers used for the preparation of the polymers. Of the (meth) acrylates mentioned, in particular methyl methacrylate is preferred.
Der Ausdruck (Meth)acrylate umfasst Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden. Diese Monomere sind weithin bekannt und unter anderem in
Schlagzähes Acrylglas weist vorzugsweise eine Kerbchlagzähigkeit gemäß Charpy von mindestens 3 kJ/m2, bevorzugt mindestens 5 kJ/m2, besonders bevorzugt mindestens 10 kJ/m2, speziell bevorzugt mindestens 30 kJ/m2 und besonders bevorzugt mindestens 50 kJ/m2 auf, gemessen gemäß
Die Schlagzähigkeit wird dem Acrylglas üblich durch eine Zähphase verliehen, die eine niedrige Glasübergangstemperatur aufweist, die vorzugsweise höchstens –10°C, besonders bevorzugt höchstens –20°C beträgt. The impact resistance is imparted to the acrylic glass by a tough phase which has a low glass transition temperature, which is preferably at most -10 ° C, more preferably at most -20 ° C.
Die Glasübergangstemperatur kann über die Art und den Anteil der zur Herstellung der Zähphase verwendeten Monomere beeinflusst werden. Dabei kann die Glasübergangstemperatur Tg des Polymerisates in bekannter Weise mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC), insbesondere gemäß
Die Zähphase kann gemäß einer Ausführungsform eine mittlere Teilchengröße von vorzugsweise höchstens 100 nm, besonders bevorzugt höchstens 70 nm aufweisen, wobei sich die Teilchengröße auf den Durchmesser des Gewichtsmittels bezieht. Die Einheitlichkeit, der in Kunststoffmischung enthaltenen Zähphase, beträgt vorzugsweise 0,5 oder weniger. Besonders bevorzugt ist die Einheitlichkeit kleiner oder gleich 0,2. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann mindestens ein Teil der Zähphase mit der Hartphase kovalent verknüpft sein. Die Herstellung dieser schlagzähen Acrylgläser ist ausführlich in
Vorzugsweise werden schlagzähe Acrylgläser mit einer Zähphase, die einen Teilchendurchmesser von höchstens 100 nm, bevorzugt höchstens 70 nm aufweisen nur mit einem geringen Anteil an Polymethylmethacrylat ohne schlagzähe Eigenschaften eingesetzt. Vorzugsweise beträgt der Anteil an Polymethylmethacrylat mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von mindestens 50000 g/mol ohne schlagzähe Eigenschaften höchstens 150 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 100 Gew.-% und speziell bevorzugt höchstens 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht an schlagzähem Acrylglas mit einer Zähphase, die einen Teilchendurchmesser von höchstens 100 nm, bevorzugt höchstens 70 nm aufweist. Impact-resistant acrylic glasses having a tough phase and having a particle diameter of at most 100 nm, preferably at most 70 nm, are preferably used only with a small proportion of polymethyl methacrylate without impact-resistant properties. The proportion of polymethyl methacrylate having a weight-average molecular weight of at least 50,000 g / mol without impact-resistant properties is preferably at most 150% by weight, more preferably at most 100% by weight and especially preferably at most 30% by weight, based on the weight of impact-resistant Acrylic glass having a toughening phase which has a particle diameter of at most 100 nm, preferably at most 70 nm.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Zähphase eine mittlere Teilchengröße von bevorzugt mindestens 100 nm, besonders bevorzugt mindestens 150 nm auf, wobei sich die Teilchengröße auf den Durchmesser des Gewichtsmittels bezieht. Diese Ausführungsform führt zu überragenden Eigenschaften der erhaltenen Formkörper. According to a particularly preferred embodiment, the toughening phase has an average particle size of preferably at least 100 nm, more preferably at least 150 nm, the particle size being based on the diameter of the weight average. This embodiment leads to superior properties of the resulting molded articles.
Hierbei kann die schlagzähe Ausgestaltung durch die Verwendung von Schlagzähmodifizierungsmitteln erfolgen, die bevorzugt auf Acrylatkautschuken basieren. Derartige Schlagzähmodifizierungsmittel sind an sich bekannt. Es handelt sich hierbei um Copolymerisate, die eine Kern-Schale-Struktur aufweisen, wobei der Kern und die Schale einen hohen Anteil an den zuvor beschriebenen (Meth)acrylaten aufweisen. In this case, the impact-resistant configuration can be achieved by the use of impact modifiers, which are preferably based on acrylate rubbers. Such impact modifiers are known per se. These are copolymers which have a core-shell structure, the core and the shell having a high proportion of the (meth) acrylates described above.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die schlagzähmodifizierten Kunststoffe auf Basis von Acrylaten Polymethylmethacrylate enthalten, die durch radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten werden, die 80 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 90–98 Gew.-%, Methylmethacrylat und gegebenenfalls 0–20 Gew.-%, bevorzugt 2–10 Gew.-% weitere radikalisch polymerisierbaren Comonomere umfassen, die ebenfalls zuvor aufgeführt wurden. Besonders bevorzugte Comonomere sind unter anderem C1 bis C4-Alkyl(meth)acrylate, insbesondere Methylacrylat, Ethylacrylat oder Butylmethacrylat. Vorzugsweise umfassen schlagzähe Acrylate, bevorzugt Polyalkyl(meth)acrylat-Formmassen Polymethylmethacrylate, deren mittleres Molekulargewicht Mw der im Bereich von 20000 bis 350000 g/mol, bevorzugt 30000 g/mol bis 200000 g/mol, insbesondere 60000 g/mol bis 150000 g/mol liegt. Schlagzähes Acrylglas kann bevorzugt 1 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 80 Gew.-% und speziell bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% Polymethylmethacrylat enthalten. According to a particular aspect of the present invention, the impact-modified acrylate-based plastics may contain polymethyl methacrylates obtained by free-radical polymerization of mixtures containing from 80 to 100% by weight, preferably 90-98% by weight, of methyl methacrylate and optionally of 0- 20 wt .-%, preferably 2-10 wt .-% further radically polymerizable comonomers include, which were also listed above. Particularly preferred comonomers include C1 to C4 alkyl (meth) acrylates, in particular methyl acrylate, ethyl acrylate or butyl methacrylate. Impact-resistant acrylates, preferably polyalkyl (meth) acrylate molding compositions, preferably comprise polymethyl methacrylates whose average molecular weight M w ranging from 20,000 to 350,000 g / mol, preferably 30,000 g / mol to 200,000 g / mol, in particular 60,000 g / mol to 150,000 g / mol is located. Impact acrylic glass can preferably 1 to 99 wt .-%, more preferably 2 to 80 wt .-% and especially preferably 10 to 40 wt .-% polymethyl methacrylate.
Bevorzugte schlagzähe Kunststoffe auf Basis von Acrylaten enthalten 0,5 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 98 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 90 Gew.-%, eines Schlagzähmodifizierungsmittels, bezogen auf das gesamte Gewicht des schlagzähen Acrylglases. Das Schlagzähmodifizierungsmittel kann in an sich bekannter Weise durch Perlpolymerisation oder durch Emulsionspolymerisation erhalten werden. Preferred impact-resistant plastics based on acrylates contain from 0.5 to 99% by weight, preferably from 20 to 98% by weight, particularly preferably from 60 to 90% by weight, of an impact modifier, based on the total weight of the impact-modified acrylic glass. The impact modifier can be obtained in a manner known per se by bead polymerization or by emulsion polymerization.
Bevorzugte Acrylatkautschuk-Modifier weisen hierbei eine Struktur mit mindestens zwei Schalen auf, die sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Preferred acrylate rubber modifiers in this case have a structure with at least two shells, which differ in their composition.
Derartige Partikel können beispielsweise durch die radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten werden, die in der Regel mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 70 Gew.-% Methylmethacrylat, 20 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 45 Gew.-% Butylacrylat sowie 0,1 bis 2, bevorzugt 0,5 bis 1 Gew.-% eines vernetzenden Monomeren, z. B. einem mehrfunktionellen (Meth)acrylat, wie z. B. Allylmethacrylat und Comonomeren, die mit Vinylverbindungen, vorzugsweise Styrol copolymerisiert werden können. Such particles can be obtained, for example, by free-radical polymerization of mixtures which are generally at least 20% by weight, preferably 50 to 70% by weight, of methyl methacrylate, 20 to 80% by weight, preferably 25 to 45% by weight. Butyl acrylate and 0.1 to 2, preferably 0.5 to 1 wt .-% of a crosslinking monomer, for. B. a polyfunctional (meth) acrylate, such as. As allyl methacrylate and comonomers which can be copolymerized with vinyl compounds, preferably styrene.
Zu den bevorzugten Comonomeren gehören unter anderem C1-C4-Alkyl(meth)acrylate, wie Ethylacrylat oder Butylmethacrylat, bevorzugt Methylacrylat, oder anderen radikalisch polymerisierbaren Vinylmonomeren wie z. B. Styrol. Die Mischungen zur Herstellung der zuvor genannten Partikel können vorzugsweise 0 bis 30, bevorzugt 0,5 bis 15 Gew.-% Comonomere umfassen. Among the preferred comonomers include C1-C4 alkyl (meth) acrylates, such as ethyl acrylate or butyl methacrylate, preferably methyl acrylate, or other free-radically polymerizable vinyl monomers such. Styrene. The mixtures for the preparation of the aforementioned particles may preferably comprise 0 to 30, preferably 0.5 to 15 wt .-% comonomers.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die Schlagzähmodifizierungsmittel einen Kern oder mindestens eine Schale auf, die vernetzt ist. According to a particular aspect of the present invention, the impact modifiers have a core or at least one shell which is crosslinked.
Beispielsweise kann ein Schlagzähmodifizierungsmittel ein vernetzter Polyacrylat-Gummi mit einem Teilchendurchmesser von 100 bis 5000 nm, vorzugsweise 150 bis 2000 nm darstellen, auf diesen besonders bevorzugt eine Polyalkylmethacrylat-Schale, vorzugweise Polymethylmethacrylat, mit einem Molekulargewicht im Bereich von 30000 bis 200000 Dalton gepfropft wurde. For example, an impact modifier may be a crosslinked polyacrylate rubber having a particle diameter of 100 to 5000 nm, preferably 150 to 2000 nm, to which more preferably a polyalkyl methacrylate shell, preferably polymethyl methacrylate, having a molecular weight in the range of 30,000 to 200,000 daltons has been grafted.
Hierbei können besonders bevorzugte Schlagzähmodifizierungsmittel einen drei- oder mehrphasigen Aufbau aufweisen, wobei der Kern aus einem vernetzten Polymethylmethacrylat aufgebaut ist, auf den eine vernetzte Schale polymerisiert wurde, die vorzugsweise Polybutylacrylat umfasst, welches mit Styrol copolymerisiert wurde. Auf die durch Copolymerisation von Butylacrylat, Styrol und einem Vernetzer, beispielsweise Allylmethacrylat erhaltene Schale, wird anschließend ein Schale aus Polymethylmethacrylat polymerisiert, wobei bevorzugt ein Regler eingesetzt wird, so dass das erhaltene Polymethylmethacrylat vorzugsweise ein Molekulargewicht im Bereich von 30000 bis 200000 Dalton aufweist. In this case, particularly preferred impact modifiers may have a three- or more-phase structure, wherein the core is composed of a crosslinked polymethyl methacrylate, on which a crosslinked shell has been polymerized, which preferably comprises polybutyl acrylate, which has been copolymerized with styrene. The shell obtained by copolymerization of butyl acrylate, styrene and a crosslinking agent, for example allyl methacrylate, is then polymerized in a shell of polymethyl methacrylate, preferably using a regulator, so that the resulting polymethyl methacrylate preferably has a molecular weight in the range from 30,000 to 200,000 daltons.
Die Herstellung von Kern-Schale- Schlagzähmodifierungsmittel mit einer Schale, die geregeltes Polymethylmethacrylat umfasst, wird unter anderem in
Durch eine äußere Schale, die auf Polymethylmethacrylat basiert, kann die Dispergierbarkeit der Schlagzähmodifierungsmittel in den Monomeren des Reaktivharzes überraschend verbessert werden. By an outer shell based on polymethyl methacrylate, the dispersibility of the impact modifier in the monomers of the reactive resin can be surprisingly improved.
Besonders bevorzugte Schlagzähmodifizierungsmittel haben unter anderem folgenden Aufbau:
Beispielsweise kann ein bevorzugter Schlagzähmodifizierungsmittel folgenden Aufbau aufweisen:
Das Verhältnis von Kern zu Schale(n) der Schlagzähmodifizierungsmittel kann in weiten Bereichen schwanken. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis Kern zu Schale K/S im Bereich von 20:80 bis 80:20, bevorzugt von 30:70 zu 70:30 bis Modifiern mit einer Schale bzw. das Verhältnis von Kern zu Schale 1 zu Schale 2 K/S1/S2 im Bereich von 10:80:10 bis 40:20:40, besonders bevorzugt von 20:60:20 bis 30:40:30 bei Modifiern mit zwei Schalen. The ratio of core to shell (s) of the impact modifier can vary widely. Preferably, the weight ratio of core to shell K / S is in the range from 20:80 to 80:20, preferably from 30:70 to 70:30, to modifiers with one shell or the ratio of core to shell 1 to shell 2 K / S1 / S2 in the range of 10:80:10 to 40:20:40, more preferably from 20:60:20 to 30:40:30 in modifiers with two shells.
Die Partikelgröße der Schlagzähmodifizierungsmittel liegt üblich im Bereich von 100 bis 5000 nm, vorzugsweise 150 bis 2000 nm und besonders bevorzugt von 200 bis 500 nm, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. The particle size of the impact modifier is usually in the range of 100 to 5000 nm, preferably 150 to 2000 nm and more preferably from 200 to 500 nm, without this being a restriction.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt kann vorgesehen sein, dass das Kern-Schale-Polymer einen harten, formstabilen Kern, eine erste Schale an einem vernetzten Polyacrylat und einem Teilchendurchmesser von 150 bis 500 nm und eine zweite Schale, die zumindest teilweise auf die erste Schale gepfropft ist, welche mit Polymethylmethacrylat verträglich ist. Das auf die erste Schale zu pfropfende Polymer kann vorzugsweise ein Polymethylmethacrylat sein. Der harte, formstabile Kern kann bevorzugt im Wesentlichen auf einem vernetzen Polymethylmethacrylat basieren. Das Polyacrylat der ersten Schale weist bevorzugt die zuvor dargelegten Glasübergangstemperaturen auf, so dass hierfür beispielsweise ein Polybutylacrylat geeignet ist, welches durch Copolymerisation mit Styrol und einem Vernetzer erhalten wurde. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann das Kern-Schale-Polymer mit einem Polymethylmethacrylat mit einem Molekulargewicht im Bereich von 50000 bis 300000 Dalton versehen werden. Beispielsweise kann das Kern-Schale-Polymer mit einem Polymethylmethacrylat abgemischt werden, wobei dies durch Extrusion erfolgen kann. According to a preferred aspect, it may be provided that the core-shell polymer has a hard, dimensionally stable core, a first shell of a crosslinked polyacrylate and a particle diameter of 150 to 500 nm and a second shell which is at least partially grafted onto the first shell which is compatible with polymethylmethacrylate. The polymer to be grafted onto the first shell may preferably be a polymethylmethacrylate. The hard, dimensionally stable core may preferably be based essentially on a crosslinked polymethylmethacrylate. The polyacrylate of the first shell preferably has the glass transition temperatures set out above, so that, for example, a polybutyl acrylate which was obtained by copolymerization with styrene and a crosslinker is suitable. According to a particularly preferred embodiment, the core-shell polymer may be provided with a polymethylmethacrylate having a molecular weight in the range of 50,000 to 300,000 daltons. For example, the core-shell polymer can be mixed with a polymethyl methacrylate, which can be done by extrusion.
Vorzugsweise sind die Gummiteilchen so groß, dass diese als Einzelteilchen wirken können (Kapselteilchen). Besonders bevorzugt ist die Vernetzung so stark, dass diese dem Quellungsdruck der Monomere widerstehen können. Preferably, the rubber particles are so large that they can act as individual particles (capsule particles). Most preferably, the crosslinking is so strong that it can withstand the swelling pressure of the monomers.
Die Herstellung von Schlagzähmodifizierungsmittel ist unter anderem in
Die zuvor dargelegten Schlagzähmodifizierungsmittel können als schlagzähes Acrylglas als solche eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden jedoch schlagzähmodifizierten Kunststoffe auf Basis von Acrylaten mit einer Matrix umfassend Polymethylmethacrylat eingesetzt. Diese können durch Abmischen von sprühgetrockneten Schlagzähmodifizierungsmitteln mit einer Kern-Schale-Struktur und einer Polymethylmethacrylat-Formmasse, beispielsweise Plexiglas® 7N erhalten werden. Bevorzugt werden zu Herstellung dieser Kunststoffmischungen, auch Blends genannt, schlagzähe Acrylgläser mit einer Zähphase eingesetzt, deren Teilchendurchmesser mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 150 nm aufweist. The impact modifiers set out above can be used as impact-modified acrylic as such. However, impact-modified plastics based on acrylates with a matrix comprising polymethyl methacrylate are particularly preferably used. These can be prepared by blending spray-dried impact modifiers having a core-shell structure and a polymethyl methacrylate molding composition, such as Plexiglas ® 7N is obtained. Impact-resistant acrylic glasses having a toughening phase whose particle diameter has at least 100 nm, preferably at least 150 nm, are preferred for the production of these plastic mixtures, also called blends.
Hierbei sind Acrylgläser, vorzugsweise Polymethylmethacrylate mit Schlagzähmodifizierungsmitteln, die eine Kern-Schale-Struktur aufweisen, besonders bevorzugt. Here, acrylic glasses, preferably polymethyl methacrylates with impact modifiers, which have a core-shell structure, are particularly preferred.
Schlagzähe Acrylgläser sind von vielen Herstellern kommerziell erhältlich, beispielsweise von Evonik Röhm GmbH unter der Handelsbezeichnung Plexiglas® zk, insbesondere PLEXIGLAS® zk4, PLEXIGLAS® zk5, PLEXIGLAS® zk6, PLEXIGLAS® zk5BR, PLEXIGLAS® zk5HC, PLEXIGLAS® zk6HF. Impact-resistant acrylic lenses are commercially available from many manufacturers, such as Evonik under the trade name Plexiglas ® zk, especially PLEXIGLAS ® ZK4, PLEXIGLAS ® ZK5, PLEXIGLAS ® ZK6, PLEXIGLAS ® zk5BR, PLEXIGLAS ® zk5HC, PLEXIGLAS ® zk6HF.
Die vorliegenden polymerisierbaren Massen zur Herstellung eines faserverstärkten Formkörpers können vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 40 Gew.-% und besonders bevorzugt 10 bis 30 Gew.-% schlagzähes Acrylglas enthalten, bezogen auf das Gewicht der polymerisierbaren Masse. Höhere Anteile an schlagzähem Acrylglas verbessern überraschend die Umformbarkeit der aus den Massen erhaltenen faserverstärkten Formkörper. Allerdings kann hierdurch, insbesondere bei hohen Molekulargewichten der Polymere, die in den schlagzähen Acrylgläsern enthalten sein können, die Verarbeitbarkeit durch einen starken Anstieg der Viskosität nachteilig beeinflusst werden. The present polymerizable compositions for producing a fiber-reinforced molding may preferably contain 5 to 50 wt .-%, preferably 5 to 40 wt .-% and particularly preferably 10 to 30 wt .-% impact-resistant acrylic glass, based on the weight of the polymerizable composition. Higher proportions of impact-resistant acrylic glass surprisingly improve the formability of the fiber-reinforced molded articles obtained from the masses. However, in this way, especially at high molecular weights of the polymers which may be present in the impact-resistant acrylic glasses, the processability can be adversely affected by a sharp increase in the viscosity.
Gemäß einer Ausführungsform kann das schlagzähe Acrylglas eine bi- oder multimodale Verteilung der Größe der Zähphase des Schlagzähmodifiers aufweisen. Derartige schlagzähe Acrylgläser können unter anderem durch ein Mischen von Acrylgläsern, deren Zähphase eine mittleren Teilchengröße von höchstens 100 nm, vorzugsweise höchstens 70 nm aufweist, und Acrylgläsern mit einer Zähphase, deren mittlere Teilchengröße mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 150 nm beträgt, erhalten werden. According to one embodiment, the impact-resistant acrylic glass may be a bimodal or multimodal Distribution of the size of the toughening phase of the impact modifier. Such impact-resistant acrylic glasses can be obtained inter alia by mixing acrylic glasses whose tough phase has an average particle size of at most 100 nm, preferably at most 70 nm, and acrylic glasses having a toughening phase whose average particle size is at least 100 nm, preferably at least 150 nm.
Weitere Bestandteile der polymerisierbaren Massen sind in der Fachwelt bekannt und beispielsweise in den Druckschriften
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann eine polymerisierbare Masse
10 bis 30 Gew.-% schlagzähes Acrylglas,
30 bis 70 Gew.-% Methylmethacrylat,
5 bis 20 Gew.-% Ethylhexylacrylat,
0 bis 5 Gew.-% Butandioldimethacrylat,
1 bis 5 Gew.-% Triallylcyanurat und/oder Allylmethacrylat und
0,1 bis 2 Gew.-% aromatisches Amin
umfassen, wobei die sich zuvor dargelegten Komponenten auf 100 Gew.-% ergänzen. According to a further embodiment, a polymerizable composition
10 to 30% by weight impact-resistant acrylic glass,
From 30 to 70% by weight of methyl methacrylate,
From 5 to 20% by weight of ethylhexyl acrylate,
0 to 5% by weight of butanediol dimethacrylate,
1 to 5 wt .-% triallyl cyanurate and / or allyl methacrylate and
0.1 to 2% by weight of aromatic amine
include, wherein the components set forth above add up to 100 wt .-%.
Weiterhin können bevorzugte polymerisierbare Massen mindestens ein Polymer umfassen, welches sich von den zuvor dargelegten schlagzähen Acrylgläsern unterscheidet. Das bevorzugt auf (Meth)acrylaten basierende Polymer kann beispielsweise zur Einstellung der Viskosität des Reaktionsharzes und der Verlaufseigenschaften sowie zur besseren Härtung oder zur Verbesserung von anderen Eigenschaften des Harzes oder der gehärteten Beschichtung zugegeben werden. Vorzugsweise ist das Polymer in den reaktiven Bestandteilen des Harzes löslich oder quellbar. Dementsprechend können bevorzugt Polymere auf Basis von (Meth)acrylaten eingesetzt werden. Insbesondere sind z. B. Poly(meth)acrylate geeignet, die als festes Polymerisat in den ethylenisch ungesättigten Verbindungen gelöst werden können. Sie können ebenfalls als sogenannte Sirupe, d. h. als teilweise polymerisierte Massen entsprechender Monomere verwendet werden. Furthermore, preferred polymerizable compositions may comprise at least one polymer which differs from the impact-resistant acrylic glasses set forth above. The preferred (meth) acrylate-based polymer can be added, for example, to adjust the viscosity of the reaction resin and the flow properties, as well as to improve the cure or to improve other properties of the resin or the cured coating. Preferably, the polymer is soluble or swellable in the reactive components of the resin. Accordingly, polymers based on (meth) acrylates can preferably be used. In particular, z. As poly (meth) acrylates suitable, which can be solved as a solid polymer in the ethylenically unsaturated compounds. They may also be referred to as so-called syrups, i. H. be used as partially polymerized masses of corresponding monomers.
Weiterhin sind u. a. Copolymere auf Basis von Vinylchlorid, Copolymere auf Basis von Styrol, insbesondere Styrol-Acrylnitril (SAN) und Copolymere, die Styrol und Maleinsäureanhydrid umfassen, Copolymere, die Styrol und Methylmethacrylat umfassen, Copolymere auf Basis von Vinylacetat, ungesättigte Polyester, Polyurethane oder Mischungen hiervon oder mit oben genannten Poly(meth)acrylaten zweckmäßig. Mit besonderem Erfolg kann beispielsweise Plexigum® P24 von Röhm GmbH, welches ein Copolymer von ca. 20 % Methylmethacrylat und 80 % Butylmethacrylat ist, eingesetzt werden. Also contemplated are copolymers based on vinyl chloride, copolymers based on styrene, especially styrene-acrylonitrile (SAN), and copolymers comprising styrene and maleic anhydride, copolymers comprising styrene and methyl methacrylate, copolymers based on vinyl acetate, unsaturated polyesters, polyurethanes or Mixtures thereof or with the above-mentioned poly (meth) acrylates appropriate. Particularly successful example plexigum ® P24 can from Rohm GmbH, which is a copolymer of about 20% methyl methacrylate and 80% butyl methacrylate, are used.
Vorzugsweise kann die polymerisierbare Masse mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 5 Gew.-% Polymer umfassen, welches sich von den zuvor dargelegten schlagzähen Acrylgläsern unterscheidet. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt der Anteil an Polymer, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsharzes, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 40 Gew.-%, insbesondere 2 bis 30 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 Gew.-%. Preferably, the polymerizable composition may comprise at least 1% by weight, more preferably at least 5% by weight of polymer, which is different from the impact-resistant acrylic glasses set forth above. According to a particular aspect of the present invention, the proportion of polymer, based on the weight of the reaction resin, preferably in the range of 0 to 40 wt .-%, in particular 2 to 30 wt .-% and particularly preferably in the range of 5 to 20 wt .-%.
Die erfindungsgemäßen Reaktivharze können vorzugsweise radikalisch gehärtet werden. The reactive resins of the invention can preferably be cured by free radicals.
Darüber hinaus kann die polymerisierbare Masse übliche Additive enthalten. Zu diesen gehören unter anderem Antistatika, Antioxidantien, Biostabilisatoren, chemische Treibmittel, Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Schmiermittel, Farbmittel, Fliessverbesserungsmittel, Gleitmittel, Füllstoffe, insbesondere anorganische Füllstoffe, Haftvermittler, Inhibitoren, Katalysatoren, Lichtschutzmittel, optische Aufheller, organische Phosphite, Öle, Pigmente, Entschäumer (Air Release Agents) und Weichmacher. In addition, the polymerizable composition may contain conventional additives. These include, but are not limited to, antistatics, antioxidants, biostabilizers, chemical blowing agents, mold release agents, flame retardants, lubricants, colorants, flow improvers, lubricants, fillers, especially inorganic fillers, primers, inhibitors, catalysts, sunscreens, optical brighteners, organic phosphites, oils, pigments, Defoamers (Air Release Agents) and plasticizers.
Besonders bevorzugt umfasst die polymerisierbare Masse Inhibitoren. Inhibitoren, wie beispielsweise Hydrochinone, Hydrochinonether, wie Hydrochinonmonomethylether oder Di-tert-butylbrenzcatechin, Phenothiazin, N,N'-(Diphenyl)-p-phenylendiamin, 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl, p-Phenylendiamin, Methylenblau oder sterisch gehinderte Phenole, sind in der Fachwelt weithin bekannt. Diese Verbindungen können einzeln oder in Form von Mischungen eingesetzt werden und sind im Allgemeinen kommerziell erhältlich. Für weitere Details wird auf die gängige Fachliteratur, insbesondere auf das Römpp-Lexikon Chemie; Herausgeber:
Die Viskosität der polymerisierbaren Masse kann vorzugsweise im Bereich von 20 bis 1000 mPas, besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 600 mPas liegen, gemessen gemäß Brookfield bei 25°C. The viscosity of the polymerizable composition may preferably be in the range from 20 to 1000 mPas, more preferably in the range from 80 to 600 mPas, as measured according to Brookfield at 25 ° C.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, der auf einer erfindungsgemäßen polymerisierbaren Masse beruht, ist eine härtbare Zusammensetzung, die zusätzlich zum Reaktivharz einen faserförmigen Füllstoff umfasst. Another object of the present invention, which is based on a polymerizable composition according to the invention, is a curable composition which comprises a fibrous filler in addition to the reactive resin.
Geeignete Verstärkungsfasern sind insbesondere Glasfasern, Kohlenstoffasern (Carbonfasern) und Kunststofffasern. Zu den Kunststofffasern gehören unter anderem Fasern aus Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamid und Hochleistungskunststofffasern. Hinsichtlich der bevorzugten Hochleistungskunststofffasern sind unter anderem Aramidfasern, insbesondere solche aus den sogenannten Hochmodulpolymeren wie Polyparaphenylenterephthalarnid (TM Kevlar oder TM Twaron) und Copolymere (z. B. TM Teijin HM50), die über 30 % an Bausteinen abgeleitet von Terephthalsäure und para-Phenylendiamin enthalten, sowie Fasern aus flüssigkristallinen Polyestern und Fasern aus ultrahochmolekularem Polyäthylen (z. B. TM Dyneema) zu nennen. Von den genannten Fasern sind insbesondere Hochleistungskunststofffasern und Kohlenstoffasern bevorzugt, wobei von diesen Kohlenstoffasern besonders bevorzugt sind. Suitable reinforcing fibers are in particular glass fibers, carbon fibers (carbon fibers) and plastic fibers. The plastic fibers include fibers of polyester, in particular polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT), polyamide and high performance plastic fibers. Aramid fibers, particularly those of the so-called high modulus polymers such as polyparaphenylene terephthalamide (TM Kevlar or TM Twaron) and copolymers (e.g., TM Teijin HM50) containing over 30% of building blocks derived from terephthalic acid and para-phenylenediamine, are among the preferred high performance plastic fibers , as well as fibers of liquid crystalline polyesters and ultrahigh molecular weight polyethylene fibers (eg TM Dyneema). Of the fibers mentioned, particularly high-performance plastic fibers and carbon fibers are preferred, of which carbon fibers are particularly preferred.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Fasern in Form von textilen Flächengebilden eingesetzt. Textile Flächengebilde im Sinne der Erfindung sind zweidimensionale Gebilde, beispielsweise Gewirke, Gestricke, Gewebe, Gelege oder Vliese unterschiedlicher Stärke, ebenso Schichtstoffe gleicher oder unterschiedlicher Flächengebilde, bei Bedarf in Kombination mit anwendungsspezifischen Mischungskomponenten. Bei diesen handelt es sich z. B. um Pigmente, Füllstoffe, flammhemmende Mittel und Modifizierungsmittel, wie Weichmacher, Gleitmittel. Von den genannten textilen Flächengebilden sind Maschenwaren, insbesondere Gewirke oder Gestricke bevorzugt. Formkörper mit einem textilen Flächengebilden auf Basis von Maschenwaren lassen sich besonders einfach umformen und zeigen dennoch ausgezeichnete mechanische Stabilitäten, die auf den Verstärkungsfasern beruhen. According to a preferred aspect of the present invention, the fibers are used in the form of textile fabrics. Textile fabrics within the meaning of the invention are two-dimensional structures, for example knitted fabrics, knitted fabrics, woven fabrics, scrims or nonwovens of different thickness, as well as laminates of identical or different fabrics, if required in combination with application-specific mixture components. These are, for. For example, pigments, fillers, flame retardants and modifiers, such as plasticizers, lubricants. Of the textile fabrics mentioned, knitted fabrics, in particular knitted or knitted fabrics, are preferred. Shaped articles with a fabric based on knitted fabrics are particularly easy to reshape and yet show excellent mechanical stabilities based on the reinforcing fibers.
Die härtbare Zusammensetzung kann mit Vorteil mindestens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 40 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-% an Reaktivharz aufweisen, bezogen auf das Gewicht der härtbaren Zusammensetzung. The curable composition may advantageously comprise at least 30% by weight, more preferably at least 40% by weight, and most preferably at least 50% by weight of reactive resin, based on the weight of the curable composition.
Die erfindungsgemäßen härtbaren Zusammensetzungen können besonders einfach und sicher hergestellt und verarbeitet werden. Zur Herstellung einer härtbaren Zusammensetzung kann ein Fasergebilde, insbesondere ein flächiges Fasergebilde mit einem Reaktivharz versehen werden, welches anschließend gehärtet wird. The curable compositions according to the invention can be prepared and processed in a particularly simple and safe manner. To prepare a curable composition, a fiber structure, in particular a flat fiber structure, can be provided with a reactive resin, which is subsequently cured.
Bevorzugt kann demgemäß ein faserverstärkter Formkörper eine tafelartige Form aufweisen, wobei die Dicke eine viel geringere Größe aufweist als die Breite oder die Länge. Die Dicke der faserhaltigen Formkörper kann an verschiedene Anforderungen angepasst werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dicke der faserhaltigen Formkörper vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 40 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 mm. Accordingly, a fiber-reinforced molded body may preferably have a tabular shape, wherein the thickness has a much smaller size than the width or the length. The thickness of the fiber-containing shaped body can be adapted to different requirements. According to a preferred embodiment, the thickness of the fibrous shaped bodies is preferably in the range of 0.1 to 40 mm, more preferably in the range of 1 to 10 mm.
Das Einbringen der polymerisierbaren Masse in ein textiles Flächengebilde kann auf jede bekannte Weise erfolgen, wobei die härtbare Zusammensetzung oder die polymerisierbare Masse insbesondere zur Herstellung von Faser-Matrix-Halbzeugen geeignet ist. Hierzu gehören unter anderem Prepregs (preimpregnated fibres), SMC (Sheet Molding Compound) und BMC (Bulk Molding Compound). Hierbei können bevorzugte Ausführungsformen als thermoplastische Prepregs aufgefasst werden, da die erfindungsgemäß erhältlichen faserverstärkten Formkörper eine hohe mechanische Stabilität aufweisen und umgeformt werden können. The incorporation of the polymerizable composition in a textile fabric can be carried out in any known manner, wherein the curable composition or the polymerizable composition is particularly suitable for the production of fiber-matrix semifinished products. These include prepregs (preimpregnated fibers), SMC (Sheet Molding Compound) and BMC (Bulk Molding Compound). Here, preferred embodiments can be regarded as thermoplastic prepregs, since the fiber-reinforced molded articles obtainable according to the invention have a high mechanical stability and can be formed.
Die polymerisierbare Masse und/oder die härtbare Zusammensetzung können durch die zuvor dargelegten Initiatoren bei unterschiedlichsten Bedingungen zu Formkörpern, vorzugsweise faserverstärkten Formkörpern gehärtet werden. Die Härtungstemperatur kann beispielsweise im Bereich von –20°C bis 100°C, vorzugsweise 0 bis 80°C und besonders bevorzugt 15°C bis 60°C liegen. The polymerizable composition and / or the curable composition can be cured by the initiators set forth above under various conditions to give moldings, preferably fiber-reinforced moldings. The curing temperature may be, for example, in the range of -20 ° C to 100 ° C, preferably 0 to 80 ° C and more preferably 15 ° C to 60 ° C.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die polymerisierbare Masse und/oder die härtbare Zusammensetzung mindestens eine Allylverbindung umfasst. Hierbei kann die Härtung bevorzugt so durchgeführt werden, dass mindestens ein Teil der Allyldoppelbindungen nach der Härtung in dem Formkörper vorhanden sind. Dies kann beispielsweise durch eine Härtung bei relativ tiefen Temperaturen, vorzugsweise kleiner als 90°C, besonders bevorzugt kleiner als 60°C erzielt werden. According to a preferred embodiment it can be provided that the polymerizable composition and / or the curable composition comprises at least one allyl compound. In this case, the curing can preferably be carried out such that at least a part of the allyl double bonds are present in the shaped body after curing. This can be achieved, for example, by curing at relatively low temperatures, preferably less than 90 ° C., more preferably less than 60 ° C.
Besonders überraschend ist insbesondere die Möglichkeit die erhaltenen, gehärteten faserhaltigen Formkörper Umformen zu können, ohne dass die mechanischen Eigenschaften hierdurch in inakzeptabler Weise beeinträchtigt werden. Hierbei kann ein vorgehärteter flächiger Formkörper bei einer Temperatur von mindestens 100°C, vorzugsweise im Bereich 120°C bis 150°C über eine Zeit von 5 Minuten bis 20 Stunden, vorzugsweise 10 Minuten bis 1 Stunde und besonders bevorzugt 20 Minuten bis 40 Minuten einer Formgebung, beispielsweise durch Pressen unterzogen werden. Auf diese Weise können beispielsweise Karosserieteile zuverlässig und kostengünstig erhalten werden. Die genannten Umformungsbedingungen sind im Allgemeinen dazu geeignet, bevorzugt enthaltene Allyldoppelbindungen umzusetzen, so dass eine Nachvernetzung erfolgt. Particularly surprising is in particular the possibility of being able to transform the obtained, hardened fibrous shaped bodies without the mechanical properties being thereby impaired in an unacceptable manner. Here, a precured flat shaped body at a temperature of at least 100 ° C, preferably in the range 120 ° C to 150 ° C over a period of 5 minutes to 20 hours, preferably 10 minutes to 1 hour and more preferably 20 minutes to 40 minutes a Shaping, for example by Be subjected to pressing. In this way, for example, body parts can be obtained reliably and inexpensively. The said transformation conditions are generally suitable for reacting preferably contained allyl double bonds, so that postcrosslinking takes place.
Falls in dem umzuformenden Formkörper Allyldoppelbindungen enthalten sind, wie dies zuvor dargelegt wurde, zeigen die bei den genannten Temperaturen umgeformten Körper besonders ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Schlagzähigkeit und eine hohe Wärmeformbeständigkeit. If allyl double bonds are contained in the shaped body to be formed, as stated above, the bodies formed at the temperatures mentioned exhibit particularly excellent mechanical properties, in particular high impact resistance and high heat resistance.
Die Umformung eines faserhaltigen Formkörpers kann nach gängigen Verfahren wie Tiefziehen, Vakuum-Tiefziehen, Pressen, Thermoformen erfolgen (s.
Die erfindungsgemäß erhältlichen faserhaltigen Formkörper sind neu und daher ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. The fibrous shaped bodies obtainable according to the invention are novel and therefore likewise the subject of the present invention.
Die polymerisierbaren Massen der vorliegenden Erfindung können insbesondere als Klebstoffe eingesetzt werden. Weiterhin können die polymerisierbaren Massen bevorzugt in Kartuschen, bevorzugt Mehrkomponenten-Kartuschen abgefüllt werden, wobei die polymerisierbaren Massen besonders einfach und zweckmäßig verarbeitet und eingesetzt werden können. Diese Mehrkomponenten-Kartuschen werden beispielsweise in den Druckschriften
Die durch Härtung der polymerisierbaren Massen oder der härtbaren Zusammensetzung erhältlichen Gegenstände zeigen hervorragende mechanische Eigenschaften. So weisen bevorzugte Formkörper, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlich sind eine Schlagzähigkeit von mindestens 12 kJ/m2, besonders bevorzugt mindestens 17 kJ/m2 und ganz besonders bevorzugt mindestens 18 kJ/m2 auf, wobei diese gemäß
Ferner zeichnen sich bevorzugte Formkörper der vorliegenden Erfindung durch eine hohe Zugdehnung bei Bruch und eine hohe maximale Zugspannung auf. Vorzugsweise beträgt die Zugdehnung bei Bruch mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 15%, gemessen gemäß
Ferner kann die Härte der aus den polymerisierbaren Massen erhältlichen Formkörper auf spezielle Bedürfnisse angepasst werden, wobei die Härte bevorzugter Formkörper insbesondere im Bereich von 20 bis 45 N liegt, gemessen gemäß Bracol. Furthermore, the hardness of the moldings obtainable from the polymerizable compositions can be adapted to specific requirements, the hardness of preferred moldings being in particular in the range from 20 to 45 N, measured according to Bracol.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Die Messung der Schlagzähigkeit der ausgehärteten Proben erfolgte nach
In den nachfolgenden Beispiele sind alle Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, es denn anderes ist vermerkt. In the following examples, all percentages are by weight, unless otherwise noted.
Beispiel 1 example 1
Ein Reaktivharz auf Basis von (Meth)acrylat wurde durch Mischen von 69,38 % Methylmethacrylat, 28,0 % schlagzähes Acrylglas (PLEXIGLAS® zk6HF von Evonik AG), 1,5 Gew.-% Butyldioldimethacrylat, 0,02 Stabilisator S16, 0,10 Gew.-% Pentaerythrittetra(meth)acrylat, 0,10 Gew.-% Co-Stabilisator (Alkanox® 240), 0,10 Gew.-% Stabilisator (Macrolex® (0,05%)), 0,07 Gew.-% Tinuvin® P, 0,03 Gew.-% Borchi® Gol LAC 80 (Polyethermodifiziertes Methylpolysiloxan), 0,1 Gew.-% Ethylglykolthioglykolat, 1,5 Gew.-% Butandioldimethacrylat und 0,6 Gew.-% Di-isopropoxy-p-toluidin hergestellt. A reactive resin based on (meth) acrylate was prepared by mixing 69.38% methyl methacrylate, 28.0% impact resistant acrylic (PLEXIGLASS ® zk6HF Evonik Ltd.), 1.5 wt .-% Butyldioldimethacrylat, 0.02 Stabilizer S16, 0 , 10 wt .-% pentaerythritol tetra (meth) acrylate, 0.10 wt .-% co-stabilizer (Alkanox 240 ®), 0.10 wt .-% stabilizer (Macrolex ® (0.05%)), 0.07 wt .-% Tinuvin ® P, 0.03 wt .-% Borchi Gol LAC ® 80 (polyether-modified methyl polysiloxane), 0.1 wt .-% Ethylglykolthioglykolat, 1.5 wt .-% and 0.6 wt .-% butanediol dimethacrylate Di-isopropoxy-p-toluidine prepared.
91 Gew.% Reaktivharz wurde mit 9 Gew.-% einer Härterzusammensetzung gehärtet, die auf Benzoylperoxid (kommerziell erhältlich unter der Bezeichnung Pentan 9A) basierte. Die Härtungszeit betrug ca. 17 Minuten. 91% by weight of reactive resin was cured with 9% by weight of a hardener composition based on benzoyl peroxide (commercially available under the name Pentan 9A). The curing time was about 17 minutes.
Die Schlagzähigkeit bei 23°C/50% rel. Feuchte betrug 19,2 kJ/m2. Bei der Härtung trat keine Schaumbildung auf. Die Härte gemäß Barcol betrug ca. 40 N. Die Haft-Zugfestigkeit auf Aluminium betrug 138 kg/cm2 und auf Zinkblech 285 kg/cm2. Bei der Verklebung von Polycarbonat, Acrylglas, Styrol-Acrylnitril (SAN) und Polyvinylchlorid (PVC) war so stark, dass ein Materialbruch auftrat. The impact strength at 23 ° C / 50% rel. Humidity was 19.2 kJ / m 2 . There was no hardening Foaming on. Barcol hardness was about 40 N. Adhesive tensile strength on aluminum was 138 kg / cm 2 and on zinc sheet 285 kg / cm 2 . When bonding polycarbonate, acrylic glass, styrene-acrylonitrile (SAN) and polyvinyl chloride (PVC) was so strong that a material fracture occurred.
Beispiel 2 Example 2
Das Beispiel 1 wurde im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch anstatt des schlagzähen Acrylglases PLEXIGLAS® zk6HF, welches ein Kern-Schale-Polymer mit einer Zähphase, deren mittlere Teilchengröße mindestens 150 nm beträgt, ein schlagzähes Acrylglas mit einer Zähphase, deren mittlere Teilchengröße höchstens 70 nm beträgt (PLEXIGLAS® zk50 von Evonik AG), eingesetzt wurde. Die weiteren Bestandteile der polymerisierbaren Masse entsprechenden denen, die in Beispiel 1 dargelegt sind, wobei diese Masse ebenfalls durch Zugabe von Benzoylperoxid gehärtet wurde. Example 1 was essentially repeated, except that instead of the impact-resistant acrylic glass PLEXIGLAS ® zk6HF, which is a core-shell polymer having a toughening phase whose average particle size is at least 150 nm, a toughened acrylic glass with a toughening phase whose average particle size is at most 70 nm (PLEXIGLAS ® zk50 from Evonik AG) was used. The other constituents of the polymerizable composition correspond to those set forth in Example 1, this composition also being hardened by the addition of benzoyl peroxide.
Die Schlagzähigkeit bei 23°C/50% rel. Feuchte betrug 25,4 kJ/m2. Bei der Härtung trat keine Schaumbildung auf. Die Härte gemäß Barcol betrug ca. 38 N. The impact strength at 23 ° C / 50% rel. Moisture was 25.4 kJ / m 2 . During curing, no foaming occurred. The hardness according to Barcol was about 38 N.
Beispiel 3 Example 3
Das Beispiel 1 wurde im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch anstatt 1,5 Gew.-% Butyldioldimethacrylat die entsprechende Menge Methylmethacrylat eingesetzt wurde. Die weiteren Bestandteile der polymerisierbaren Masse entsprechenden denen, die in Beispiel 1 dargelegt sind, wobei diese Masse ebenfalls durch Zugabe von Benzoylperoxid gehärtet wurde. Example 1 was essentially repeated, but instead of 1.5 wt .-% butyl diol dimethacrylate, the corresponding amount of methyl methacrylate was used. The other constituents of the polymerizable composition correspond to those set forth in Example 1, this composition also being hardened by the addition of benzoyl peroxide.
Die Schlagzähigkeit bei 23°C/50% rel. Feuchte betrug 18,5 kJ/m2. Bei der Härtung trat deutliche Schaumbildung auf. Die Härte gemäß Barcol betrug ca. 42 N. Die Haft-Zugfestigkeit auf VA-Stahl betrug 152 kg/cm2 und auf Zinkblech 283 kg/cm2. Bei der Verklebung von Polycarbonat, Acrylglas, Styrol-Acrylnitril (SAN) und Polyvinylchlorid (PVC) war so stark, dass ein Materialbruch auftrat. The impact strength at 23 ° C / 50% rel. Humidity was 18.5 kJ / m 2 . During curing, significant foaming occurred. Barcol hardness was about 42 N. Adhesive tensile strength on VA steel was 152 kg / cm 2 and on zinc sheet was 283 kg / cm 2 . When bonding polycarbonate, acrylic glass, styrene-acrylonitrile (SAN) and polyvinyl chloride (PVC) was so strong that a material fracture occurred.
Vergleichsbeispiel 1 Comparative Example 1
Das Beispiel 1 wurde im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch ein Acrylglas ohne schlagzähe Eigenschaften (PLEXIGLAS® 7N von Evonik AG) anstatt des schlagzähen Acrylglases eingesetzt wurde. Die weiteren Bestandteile der polymerisierbaren Masse entsprechenden denen, die in Beispiel 1 dargelegt sind, wobei diese Masse ebenfalls durch Zugabe von Benzoylperoxid gehärtet wurde. Example 1 was essentially repeated, except that acrylic glass without impact-resistant properties (PLEXIGLAS ® 7N from Evonik AG) was used instead of the impact-resistant acrylic glass. The other constituents of the polymerizable composition correspond to those set forth in Example 1, this composition also being hardened by the addition of benzoyl peroxide.
Die Schlagzähigkeit bei 23°C/50% rel. Feuchte betrug 10,28 kJ/m2. Bei der Härtung trat keine Schaumbildung auf. Die Härte gemäß Barcol betrug ca. 42 N. Die Haft-Zugfestigkeit auf Aluminium betrug 120 kg/cm2 und auf Zinkblech 252 kg/cm2. Hierbei zeigt es sich, dass durch die Verwendung von schlagzähem Acrylglas eine höhere Haft-Zugfestigkeit erreicht werden kann als durch ein konventionelles Acrylglas. The impact strength at 23 ° C / 50% rel. Humidity was 10.28 kJ / m 2 . During curing, no foaming occurred. Barcol hardness was about 42 N. Adhesive tensile strength on aluminum was 120 kg / cm 2 and on zinc sheet was 252 kg / cm 2 . It turns out that the use of impact-resistant acrylic glass allows a higher adhesive tensile strength to be achieved than with conventional acrylic glass.
Beispiel 4 Example 4
Ein Reaktivharz auf Basis von (Meth)acrylat wurde durch Mischen von 64,38 % Methylmethacrylat, 28,0 % schlagzähes Acrylglas (PLEXIGLAS® zk6HF von Evonik AG), 5 Gew.-% Hydroxyethylmethacrylat, 1,5 Gew.-% Butyldioldimethacrylat, 0,02 Stabilisator S16, 0,10 Gew.-% Pentaerythrittetra(meth)acrylat, 0,10 Gew.-% Co-Stabilisator (Alkanox® 240), 0,10 Gew.-% Stabilisator (Macrolex® (0,05%)), 0,07 Gew.-% Tinuvin® P, 0,03 Gew.-% Borchi® Gol LAC 80 (Polyethermodifiziertes Methylpolysiloxan), 0,1 Gew.-% Ethylglykolthioglykolat, 1,5 Gew.-% Butandioldimethacrylat und 0,6 Gew.-% Di-isopropoxy-p-toluidin hergestellt. A reactive resin based on (meth) acrylate was prepared by mixing 64.38% methyl methacrylate, 28.0% impact resistant acrylic (PLEXIGLASS ® zk6HF Evonik AG), 5 wt .-% hydroxyethyl methacrylate, 1.5 wt .-% Butyldioldimethacrylat, 0.02 stabilizer S16, 0.10 wt .-% pentaerythritol tetra (meth) acrylate, 0.10 wt .-% co-stabilizer (Alkanox 240 ®), 0.10 wt .-% stabilizer (Macrolex ® (0.05 %)), 0.07 wt .-% Tinuvin ® P, 0.03 wt .-% Borchi Gol LAC ® 80 (polyether-modified methyl polysiloxane), 0.1 wt .-% Ethylglykolthioglykolat, 1.5 wt .-% butanediol dimethacrylate, and 0.6 wt .-% of di-isopropoxy-p-toluidine prepared.
91 Gew.% Reaktivharz wurde mit 9 Gew.-% einer Härterzusammensetzung gehärtet, die auf Benzoylperoxid (Pentan 9A) basierte. 91% by weight of reactive resin was cured with 9% by weight of a hardener composition based on benzoyl peroxide (pentane 9A).
Die Schlagzähigkeit bei 23°C/50% rel. Feuchte betrug 19,6 kJ/m2. Bei der Härtung trat keine Schaumbildung auf. Die Härte gemäß Barcol betrug ca. 45 N. Die Haft-Zugfestigkeit auf Aluminium betrug 159 kg/cm2, auf VA-Stahl 163 kg/cm2 und auf Zinkblech 236 kg/cm2. Bei der Verklebung von Polycarbonat, Acrylglas, Styrol-Acrylnitril (SAN) und Polyvinylchlorid (PVC) war so stark, dass ein Materialbruch auftrat. The impact strength at 23 ° C / 50% rel. Humidity was 19.6 kJ / m 2 . During curing, no foaming occurred. Barcol hardness was about 45 N. Adhesive tensile strength on aluminum was 159 kg / cm 2 , on VA steel 163 kg / cm 2 and on zinc sheet 236 kg / cm 2 . When bonding polycarbonate, acrylic glass, styrene-acrylonitrile (SAN) and polyvinyl chloride (PVC) was so strong that a material fracture occurred.
Beispiel 5 Example 5
Das Beispiel 4 wurde im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch 1 Gew.-% Methacrylsäure und eine entsprechend geringere Menge an Methylmethacrylat eingesetzt wurde. Die weiteren Bestandteile der polymerisierbaren Masse entsprechenden denen, die in Beispiel 4 dargelegt sind, wobei diese Masse ebenfalls durch Zugabe von Benzoylperoxid gehärtet wurde. Example 4 was essentially repeated except that 1% by weight of methacrylic acid and a correspondingly smaller amount of methyl methacrylate were used. The other constituents of the polymerizable composition correspond to those set forth in Example 4, this composition also being hardened by the addition of benzoyl peroxide.
Bei der Härtung trat keine Schaumbildung auf. Die Haft-Zugfestigkeit auf Aluminium betrug 185 kg/cm2, auf VA-Stahl 195 kg/cm2 und auf Zinkblech 376 kg/cm2. Bei der Verklebung von Polycarbonat, Acrylglas, Styrol-Acrylnitril (SAN) und Polyvinylchlorid (PVC) war so stark, dass ein Materialbruch auftrat. During curing, no foaming occurred. The adhesion tensile strength on aluminum was 185 kg / cm 2 , on VA steel 195 kg / cm 2 and on zinc sheet 376 kg / cm 2 . When bonding polycarbonate, acrylic glass, styrene-acrylonitrile (SAN) and polyvinyl chloride (PVC) was so strong that a material fracture occurred.
Beispiel 6 Example 6
Das Beispiel 4 wurde im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch 2 Gew.-% Methacrylsäure und eine entsprechend geringere Menge an Methylmethacrylat eingesetzt wurde. Die weiteren Bestandteile der polymerisierbaren Masse entsprechenden denen, die in Beispiel 4 dargelegt sind, wobei diese Masse ebenfalls durch Zugabe von Benzoylperoxid gehärtet wurde. Example 4 was substantially repeated except that 2% by weight of methacrylic acid and a correspondingly lower amount of methyl methacrylate was used. The other constituents of the polymerizable composition correspond to those set forth in Example 4, this composition also being hardened by the addition of benzoyl peroxide.
Bei der Härtung trat keine Schaumbildung auf. Die Haft-Zugfestigkeit auf Aluminium betrug 194 kg/cm2, auf VA-Stahl 328 kg/cm2 und auf Zinkblech 345 kg/cm2. Bei der Verklebung von Polycarbonat, Acrylglas, Styrol-Acrylnitril (SAN) und Polyvinylchlorid (PVC) war so stark, dass ein Materialbruch auftrat. During curing, no foaming occurred. The adhesion tensile strength on aluminum was 194 kg / cm 2 , on VA steel 328 kg / cm 2 and on zinc sheet 345 kg / cm 2 . When bonding polycarbonate, acrylic glass, styrene-acrylonitrile (SAN) and polyvinyl chloride (PVC) was so strong that a material fracture occurred.
Beispiel 7 Example 7
Das Beispiel 4 wurde im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch 10 Gew.-% eines säuregruppenhaltigen Polymers zugegeben, welches 10 % Methacrylsäure enthält (Neocryl® 817) und eine entsprechend geringere Menge an Methylmethacrylat eingesetzt wurde. Die weiteren Bestandteile der polymerisierbaren Masse entsprechenden denen, die in Beispiel 4 dargelegt sind, wobei diese Masse ebenfalls durch Zugabe von Benzoylperoxid gehärtet wurde. Example 4 was substantially repeated, but with 10 wt .-% of an added acid group-containing polymer which contains 10% methacrylic acid (Neocryl ® 817) and a correspondingly smaller amount of methyl methacrylate was used. The other constituents of the polymerizable composition correspond to those set forth in Example 4, this composition also being hardened by the addition of benzoyl peroxide.
Bei der Härtung trat keine Schaumbildung auf. Die Haft-Zugfestigkeit auf Aluminium betrug 180 kg/cm2. During curing, no foaming occurred. The adhesion tensile strength on aluminum was 180 kg / cm 2 .
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