DE60319733T2

DE60319733T2 - Wärmehärtbare anorganische ton-nanodispersionen und ihre verwendung

Info

Publication number: DE60319733T2
Application number: DE60319733T
Authority: DE
Inventors: Helena Dublin TWARDOWSKA-BAXTER; Rina Westerville SINGH; Laurence G. Powell DAMMANN
Original assignee: Ashland Licensing and Intellectual Property LLC
Current assignee: Ineos Composites IP LLC
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: DE60319733D1; EP1567583A4; ATE388990T1; US20040087701A1; MXPA05004946A; CA2506929A1; WO2004044043A1; EP1567583A1; AU2003286886A1; ES2301851T3; CA2506929C; EP1567583B1; US6841607B2

Description

Diese Erfindung betrifft wärmehärtbare anorganische Ton-Nanodispersionen, umfassend einen anorganischen Ton und mindestens eine metallorganische Verbindung. Die wärmehärtbaren anorganischen Ton-Nanodispersionen werden verwendet, um wärmehärtbare Gegenstände herzustellen.
Ein Verbundstoff ist ein Vollmaterial, das entsteht, wenn zwei oder mehrere verschiedene Materialien, die jeweils typische Eigenschaften aufweisen, kombiniert werden, um ein neues Material zu erzeugen, und wobei die gemeinsamen Eigenschaften denen der einzelnen Ausgangsmaterialien für die beabsichtigte Verwendung überlegen sind. Typischerweise wird der Verbundstoff durch Einbetten eines Fasermaterials, z. B. Glasfasern, in eine Polymermatrix gebildet. Während die mechanischen Eigenschaften eines Glasfaserbündels geringwertig sind, wird die Festigkeit der individuellen Fasern durch die Polymermatrix, die als Klebstoff wirkt und die Fasern miteinander verbindet, verstärkt. Die miteinander verbundenen Fasern liefern Steifigkeit und verleihen dem Verbundstoff strukturelle Festigkeit, wobei die Polymermatrix dafür sorgt, dass sich die Fasern nicht trennen, wenn der Verbundstoff einer Beanspruchung durch die Umwelt unterzogen wird.
Die Polymermatrix des Verbundstoffs wird aus einem thermoplastischen oder wärmehärtbaren Harz gebildet, das mit den zur Herstellung des Verbundstoffs verwendeten Fasern gemischt wird. Thermoplastische Polymere „erweichen", wenn sie erwärmt werden und erlangen beim Abkühlen ihre plastischen Eigenschaften wieder. Dieser reversible Prozess kann viele Male wiederholt werden. Die Polymere sind thermoplastisch, da sie nicht chemisch vernetzt sind. Beispiele für thermoplastische Harze schließen lineares Polyethylen, Polystyrol, Acrylharze und Nylon ein.
Wärmehärtbare Polymere „binden" durch eine Härtungsreaktion irreversibel „ab" und erweichen oder schmelzen nicht beim Erwärmen. Der Grund dafür, dass sie nicht erweichen oder schmelzen, wenn sie erwärmt werden, liegt darin, dass beim Härten eine chemische Vernetzung stattfindet. Beispiele für wärmehärtbare Harze schließen Phenolharze, ungesättigte Polyesterharze, Polyurethan bildende Harze und Epoxyharze ein.
Nanoverbundstoffe sind Verbundstoffe, die durch Binden von Materialien im Nanometergrößenbereich in der Polymermatrix gebildet werden. Typischerweise sind Materialien, die zur Bildung von Nanoverbundstoffen verwendet werden, modifizierte anorganische Tone. Thermoplastische Formgegenstände aus Nanoverbundstoffen sind besonders nützlich, da sie verbesserte mechanische Eigenschaften, z. B. Zugfestigkeit (psi), Elastizitätsmodul (ksi), Dehnbarkeit (%) und Wärmeformbeständigkeitstemperatur (°C), verglichen mit Formgegenständen aus herkömmlichen thermoplastischen Verbundstoffen aufweisen, die für manche Anwendungen z. B. Verwendung bei erhöhter Temperatur nicht geeignet sind. Obwohl Gegenstände, die aus herkömmlichen wärmehärtbaren Verbundstoffen geformt sind, gute mechanische Eigenschaften aufweisen, benötigen diese häufig verbesserte Leistungseigenschaften.
Typische anorganische Tone, die in der Herstellung von Nanoverbundstoffen verwendet werden, schließen Phyllosilikate, wie Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Sauconit, Magadiit und Kenyait; Vermiculit und dergleichen ein. Anorganische Tone sind typischerweise mehrfachgeschichtete Strukturen, wobei die Schichten nahe beieinander liegen und Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-Kationen, z. B. Natrium, Kalium oder Calcium, zwischen den Schichten des anorganischen Tons enthalten. Der Abstand zwischen den Schichten des Tons ist der sogenannte „d-Abstand". Um Nanoverbundstoffe aus anorganischem Ton herzustellen, wird herkömmlicher Weise der anorganische Ton, der hydrophil ist, mit Wasser behandelt, damit der anorganische Ton „quillt" und sich dabei der d-Abstand zwischen den Schichten des anorganischen Tons aufweitet. Der gequollene Ton wird dann mit einem Interkalationsmittel, z. B. einem quartären Ammoniumsalz, behandelt, um den anorganischen Ton organophil zu machen (d. h. der anorganische Ton wird mit den thermoplastischen oder wärmehärtbaren Monomeren und/oder Harzen kompatibel gemacht) und um ferner den d-Abstand durch Austausch der Kationen des anorganischen Tons durch die Kationen des Interkalationsmittels zu vergrößern. Der interkalierte anorganische Ton wird dann wiedergewonnen und getrocknet. Das Behandlungsverfahren ist aufwendig und erhöht die Kosten für die Herstellung des interkalierten anorganischen Tons beträchtlich. Der getrocknete interkalierte anorganische Ton wird dann mit einem thermoplastischen Polymer oder einem wärmehärtbaren Monomer oder Harz gemischt, was zu einer Exfoliation (Abtrennung) einiger oder aller Schichten des anorganischen Tons führt. Im Falle der wärmegehärteten Harze wird das Gemisch gehärtet, indem es mit einem Härtungsmittel und/oder einem Härtungskatalysator in Kontakt gebracht wird.
Um einen Gegenstand aus einem exfolierten anorganischen Ton zu bilden, wird typischerweise ein Füllstoff mit dem exfolierten anorganischen Ton gemischt. Beispiele für Füllstoffe sind Siliciumdioxid-Arten, Talk, Calciumcarbonat und Aluminiumoxid-Arten. Das Gemisch wird dann durch Einbringen dessen in eine Form geformt. Thermoplastische Gemische werden im geschmolzen Zustand bei erhöhten Temperaturen in die Form gespritzt und bilden beim Abkühlen einen Gegenstand aus einem Nanoverbundstoff. Wärmehärtbare Gemische werden im flüssigen oder fließfähigen Zustand in die Form eingebracht, werden dann mit einem Härtungsmittel und/oder einem Härtungskatalysator gehärtet (vernetzt), um einen Formgegenstand aus einem Nanoverbundstoff herzustellen.
Wie vorstehend erwähnt, weisen typischerweise Gegenstände aus Nanoverbundstoffen gute mechanische Eigenschaften auf. Wenn jedoch Gegenstände aus wärmehärtbaren Nanoverbundstoffen mit überlegenen Eigenschaften hergestellt werden könnten, so könnten diese Gegenstände herkömmliche wärmegehärtete Verbundstoffe, z. B. Faser-Matrix-Halbzeug (engl.: sheet molding compounds) (SMC), ersetzen.
Alle Literaturstellen, auf die in dieser vorliegenden Beschreibung des „verwandten Stands der Technik" und in der „detaillierten Beschreibung" der Erteilung verwiesen wird, sind ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen.
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen wärmehärtbare anorganische Ton-Nanodispersionen, umfassend einen anorganischen Ton und mindestens eine metallorganische Verbindung, wie in Anspruch 1 definiert. Die wärmehärtbaren anorganischen Ton-Nanodispersionen werden verwendet, um wärmehärtbare Gegenstände herzustellen.
Die metallorganische Verbindung dient als ein Interkalationsmittel. Infolgedessen verursacht es eine Vergrößerung des d-Abstands des anorganischen Tons der Nanodispersionen, wie durch Röntgenbeugung gezeigt. Der anorganische Ton der Nanodispersion ist ein teilweise oder vollständig interkalierter anorganischer Ton, d. h. die anorganischen Kationen des anorganischen Tons sind teilweise oder vollständig durch die Kationen der metallorganischen Verbindung ersetzt. Wärmehärtbare anorganische Ton-Nanodispersionen werden verwendet, um wärmehärtbare Gegenstände herzustellen.
Wärmehärtbare Gegenstände, die mit wärmehärtbaren anorganischen Ton-Nanodispersionen hergestellt werden, die mit metallischen Diacrylaten und Dimethacrylaten hergestellt wurden, zeigen Verbesserungen, wenn man sie mit wärmehärtbaren anorganischen Ton-Nanodispersionen vergleicht, die mit auf dem Fachgebiet bekannten Interkalationsmitteln, z. B. quartären Ammoniumsalzen, hergestellt wurden. Diese Verbesserungen schließen ein:

(a) Sie sind bei Temperaturen bis zu 250°C thermisch stabil, wohingegen solche, die mit Ammoniumsalzen hergestellt wurden, typischerweise bis 190°C bis 200°C stabil sind;
(b) Die Alkylammoniumsalze wirken als Weichmacher und können die mechanischen und thermischen Eigenschaften der mit den anorganischen Ton-Nanodispersionen hergestellten, wärmegehärteten Gegenständen herabsetzen, während metallische Diacrylate und Dimethacrylate diese Eigenschaften verbessern können;
(c) Die metallischen Diacrylate und Dimethacrylate verbessern die Adhäsion zwischen ungleichen Oberflächen, z. B. organischen und anorganischen Oberflächen; und/oder
(d) Die Alkylammoniumsalze verursachen häufig eine Schaumbildung, was die Weiterverarbeitung der wärmegehärteten Gegenstände erschwert.

Die detaillierte Beschreibung und die Beispiele werden spezifische Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, wodurch es einem Fachmann möglich wird, die Erfindung in der Praxis auszuführen, die beste Ausführungsweise eingeschlossen. Dabei wird in Betracht gezogen, dass viele gleichwertige Ausführungsformen der Erfindung neben diesen speziell offenbarten Ausführungsformen ausgeführt werden können.
Der behandelte anorganische Ton, der verwendet wird, um diese Erfindung in der Praxis auszuführen, ist einzigartig, da das für die Herstellung des behandelten Tons verwendete Interkalationsmittel mindestens eine metallorganische Verbindung, ausgewählt aus Zinkacrylatstearat, Zinkdiacrylat, Zinkdimethacrylat, Calciumdiacrylat und Gemischen davon, umfasst.
Das metallorganische Interkalationsmittel kann in Kombination mit anderen bekannten Interkalationsmitteln, bevorzugt quartären Ammoniumsalzen, verwendet werden. Typischerweise weisen die quartären Ammoniumsalze (kationische oberflächenaktive Mittel) 6 bis 30 Kohlenstoffatome in den Alkylresten auf, z. B. Alkylreste wie Octadecyl-, Hexadecyl-, Tetradecyl-, Dodecyl- oder ähnliche Einheiten; wobei bevorzugte quartäre Ammoniumsalze Octadecyltrimethylammoniumsalz, Dioctadecyldimethylammoniumsalz, Hexadecyltrimethylammoniumsalz, Dihexadecyldimethylammoniumsalz, Tetradecyltrimethylammoniumsalz, Ditetradecyldimethylammoniumsalz und dergleichen einschließen.
Die Menge des verwendeten Interkalationsmittels kann über einen weiten Bereich variieren, es wird jedoch in einer Menge verwendet, die ausreicht, um 35 bis 100 Prozent der Kationen des anorganischen Tons durch die Kationen des Interkalationsmittels zu ersetzen. Typischerweise beträgt die Menge des Interkalationsmittels 10 bis 60 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des anorganischen Tons und bevorzugt 20 bis 40 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des anorganischen Tons. Das Gewichtsverhältnis des metallorganischen Interkalationsmittels zu andern Interkalationsmitteln kann über einen weiten Bereich variieren, beträgt jedoch typischerweise 100 bis 0, bevorzugt 80 bis 20 und am meisten bevorzugt 60 bis 40. Das Verhältnis hängt hauptsächlich von dem Monomer/Polymersystem und den gewünschten Eigenschaften ab.
Das Interkalationsmittel wird typischerweise direkt zu dem anorganischen Ton zugegeben, wenn der behandelte anorganische Ton durch Ionenaustausch hergestellt wird, wird jedoch bevorzugt zuerst mit dem zur Erleichterung der Interkalation verwendeten Monomer und/oder Harz vermischt, wenn der behandelte anorganische Ton in situ hergestellt wird.
Typischerweise werden die behandelten anorganischen Tone aus geschichteten anorganischen Tonen wie Phyllosilikaten, z. B. Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Sauconit, Magadiit und Kenyait; Vermiculit; und dergleichen hergestellt. Andere repräsentative Beispiele schließen Illit-Mineralien wie Ledikit; die geschichteten Doppelhydroxide oder gemischten Metallhydroxide; Chloride ein. Andere geschichtete Materialien oder vielschichtige Aggregate mit geringer oder keiner Ladung auf der Oberfläche der Schichten können in dieser Erfindung ebenfalls verwendet werden, mit der Maßgabe, dass sie interkaliert werden können, um ihren Zwischenschichtabstand aufzuweiten. Gemische aus einem oder mehreren dieser Materialien können auch verwendet werden.
Bevorzugte geschichtete anorganische Tone sind solche, die Ladungen auf den Schichten und austauschbare Ionen wie Natrium-, Kalium- und Calciumkationen aufweisen, die bevorzugt durch Ionenaustausch durch Ionen, bevorzugt Kationen wie Ammoniumkationen, ausgetauscht werden können, oder die reaktive Organosilan-Verbindungen aufweisen, die bewirken, dass die multi-lamellaren oder geschichteten Teilchen delaminieren oder quellen. Der am stärksten bevorzugte geschichtete anorganische Ton ist Montmorillonit.
Der behandelte anorganische Ton kann durch Ionenaustausch in einem separaten Schritt hergestellt werden. Dieses Verfahren beinhaltet zuerst ein „Quellen" des Tons mit Wasser oder einem anderen polaren Lösungsmittel, und dann die Behandlung mit einem Interkalationsmittels. Die Funktion des Interkalationsmittels besteht darin, den „d-Abstand" zwischen den Schichten des anorganischen Tons zu vergrößern. Der organophile Ton wird dann isoliert und getrocknet.
Die behandelten Tone können auch in situ ohne Ionenaustausch hergestellt werden. Der in situ behandelte Ton wird durch Mischen eines geschichteten anorganischen Tons mit einem die Interkalation erleichternden Monomer oder Harz und einem Interkalationsmittel hergestellt. In diesen behandelten Tonen verbleiben die durch das Interkalationsmittel ersetzten Kationen im Gemisch.
Beispiele für Monomere, die zur Erleichterung der Interkalation verwendet werden können, schließen Acrylmonomere, Styrol, Vinylmonomere (z. B. Vinylacetat), Isocyanate (insbesondere organische Polyisocyanate), Polyamide und Polyamine ein. Beispiele für Harze, die zur Erleichterung der Interkalation verwendet werden können, schließen Phenolharze (z. B. phenolische Resolharze; phenolische Novolac-Harze; und phenolische Harze, die von Resorcinol, Cresol, etc. abgeleitet sind); Polyamidharze; Epoxyharze, z. B. Harze, die von Bisphenol A, Bisphenol F oder Derivaten davon abgeleitet sind, Epoxyharze, die von dem Diglycidylether des Bisphenols A oder einem Polyol mit Epichlorhydrin abgeleitet sind; polyfunktionelle Amine, z. B. Polyalkylenpolyamin; und ungesättigte Polyesterharze, z. B. Umsetzungsprodukte von ungesättigten Dicarbonsäuren oder ihren Anhydriden und Polyolen, ein. Beispiele für geeignete ungesättigte Polyester schließen die Polykondensationsprodukte von (1) Propylenglykol und Maleinsäureanhydrid und/oder Fumarsäuren; (2) 1,3-Butandiol und Maleinsäureanhydrid und/oder Fumarsäuren; (3) Kombinationen von Ethylen- und Propylenglykolen (etwa 50 Mol-% oder weniger Ethylenglykol) und Maleinsäureanhydrid und/oder Fumarsäure; (4) Propylenglykol, Maleinsäureanhydrid und/oder Fumarsäure und gesättigten zweibasigen Säuren, wie o-Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Methylbernsteinsäure, und dergleichen ein. Vorzugsweise wird Styrol zur Erleichterung der Interkalation verwendet.
Ein in situ behandelter Ton ist wegen seiner geringeren Kosten bevorzugt und erlaubt bei der Herstellung wärmehärtbarer Verbundstoffe, wie SMC, Flexibilität im Design, d. h. das Interkalationsmittel kann so ausgewählt werden, dass es zu der Struktur des Harzes passt und es kann funktionelle Gruppen, die mit dem Harz reagieren, aufweisen. Zusätzlich kann die Menge des Interkalationsmittels im Bereich von 5 bis 50 Gew.-% des Tons variiert werden, um gewünschte Eigenschaften zu erhalten. Eine höhere Menge des Interkalationsmittels stellt eine vollständigere Dispersion der Tone bereit. Dies kann erhebliche Verbesserungen der Gussformulierung ergeben, wie verbesserte mechanische Eigenschaften und erhöhte Transparenz, was zu Formteilen führt, die leichter pigmentiert werden können.
Obwohl jedes wärmehärtbare Harz in dem Verbundstoff verwendet werden kann, werden phenolische Harze, ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Polyurethan bildende Harze und Epoxyharze bevorzugt verwendet.
Am meisten bevorzugt werden für das wärmehärtbare Harz ungesättigte Polyesterharze verwendet. Ungesättigte Polyesterharze sind Produkte aus Polykondensationsreaktionen von einem oder mehreren zweiwertigen Alkoholen und einer oder mehreren ungesättigten Polycarbonsäuren. Die Bezeichnung „ungesättigte Polycarbonsäure" ist so zu verstehen, dass ungesättigte Polycarbonsäuren und Dicarbonsäuren; ungesättigte Polycarbonsäureanhydride und Dicarbonsäureanhydride; ungesättigte Polycarbonsäurehalogenide und Dicarbonsäurehalogenide; und ungesättigte Polycarbonsäureester und Dicarbonsäureester eingeschlossen sind. Spezifische Beispiele für ungesättigte Polycarbonsäuren schließen Maleinsäureanhydrid, Maleinsäure und Fumarsäure ein. Gemische aus ungesättigten Polycarbonsäuren und gesättigten Polycarbonsäuren können ebenfalls verwendet werden. Wenn jedoch derartige Gemische verwendet werden, übersteigt die Menge der ungesättigten Polycarbonsäuren typischerweise 50 Gew.-% des Gemischs.
Beispiele für geeignete ungesättigte Polyester schließen Polykondensationsprodukte von (1) Propylenglykol und Maleinsäureanhydrid und/oder Fumarsäuren; (2) 1,3-Butandiol und Maleinsäureanhydrid und/oder Fumarsäuren; (3) Kombinationen von Ethylen- und Propylenglykolen (etwa 50 Mol-% oder weniger Ethylenglykol) und Maleinsäureanhydrid und/oder Fumarsäure; (4) Propylenglykol, Maleinsäureanhydrid und/oder Fumarsäure und gesättigten zweibasigen Säuren, wie o-Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Methylbernsteinsäure, und dergleichen ein. Zusätzlich zu dem voranstehend beschriebenen Polyester kann man auch Dicyclopentadien modifizierte ungesättigte Polyesterharze, wie in U.S. Patent 3,883,612 beschrieben, verwenden. Diese Beispiele sind gedacht, geeignete Polyester zu veranschaulichen und erheben nicht den Anspruch, alle einzuschließen. Die Anzahl der sauren Gruppen, an die die polymerisierbaren ungesättigten Polyester kondensiert sind, ist bezüglich der Fähigkeit des „low profile"-Harzes zu dem gewünschten Produkt gehärtet zu werden nicht besonders kritisch. Polyester, die an Säuren mit Säurezahlen von weniger als 100 kondensiert sind, sind im Allgemeinen verwendbar, jedoch sind Säurezahlen unter 70 bevorzugt. Das Molekulargewicht des polymerisierbaren ungesättigten Polyesters kann über einen beträchtlichen Bereich variieren, wobei solche Polyester im Allgemeinen in der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, die ein Molekulargewicht im Bereich von 300 bis 5000 und stärker bevorzugt von etwa 500 bis 5000 aufweisen.
Die SMC-Formulierung enthält bevorzugt ein ethylenisch ungesättigtes (Vinyl-)Monomer, das mit dem ungesättigten Polyester copolymerisiert. Beispiele für derartige Monomere schließen ein Acrylat, Methacrylate, Methylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Styrol, Divinylbenzol und substituierte Styrole, multifunktionelle Acrylate und Methacrylate wie Ethylenglykoldimethacrylat oder Trimethylolpropantriacrylat ein. Bevorzugt wird Styrol als das ethylenisch ungesättigte Monomer verwendet. Das ethylenisch ungesättigte Monomer liegt üblicherweise im Bereich von etwa 5 bis 50 Teilen pro 100 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht des ungesättigten Harzes, des „low profile"-Additivs und des ungesättigten Monomers, bevorzugt 20 bis etwa 45 Teile pro 100 Gewichtsteilen und stärker bevorzugt von etwa 35 bis 45 Teilen pro 100 Gewichtsteilen vor. Das Vinylmonomer wird in die Zusammensetzung im Allgemeinen als ein Reaktivverdünner für den ungesättigten Polyester eingebracht.
Typischerweise enthält die SCM-Formulierung ein „low profile"-Additive (LPA) zur Formulierung, welches das Schrumpfen der mit dem SMC hergestellten Formgegenstände vermindern hilft. Die in der SMC verwendeten LPAs sind typischerweise thermoplastische Harze. Beispiele für geeignete LPAs schließen gesättigte Polyester, Polystyrol, Urethan gebundene gesättigte Polyester, Polyvinylacetat, Polyvinylacetat-Copolymere, Polyvinylacetat-Copolymere mit sauren funktionellen Gruppen, Acrylat- und Methacrylat-Polymere und Copolymere ein, wobei Homopolymere und Copolymere Blockcopolymere mit Styrol, Butadien und gesättigten Butadienen, z. B. Polystyrol, einschließen.
Die SMC enthält auch ein Versteifungsmittel, bevorzugt ein faserartiges Versteifungsmittel. Faserartige Versteifungsmittel werden der SMC zugegeben, um den aus der SMC geformten Gegenständen Festigkeit und andere gewünschte physikalische Eigenschaften zu verleihen. Beispiele für faserartige Versteifungsmittel, die in der SMC verwendet werden können, schließen Glasfasern, Asbest-Arten, Kohlefasern, Polyesterfasern und natürliche organische Fasern wie Baumwolle und Sisal ein. Besonders nützliche faserartige Versteifungsmittel schließen Glasfasern ein, die in einer Vielzahl an Formen erhältlich sind, einschließlich zum Beispiel Matten aus geschnittenen oder fortlaufenden Glasfasersträngen, Glasgewebe, geschnittenes Glas und geschnittene Glasbündel und Gemische daraus. Bevorzugte faserartige Versteifungsmittel schließen 0,5, 1 und 2 Zoll starke Fieberglasfasern ein.
Die SMC enthält bevorzugt einen Füllstoff. Der Füllstoff kann ein Füllstoff mit niedriger Dichte sein, der eine Dichte von 0,5 g/cm³ bis 1,7 g/cm³, bevorzugt 0,7 g/cm³ bis 1,3 g/cm³ aufweist, z. B. Diatomenerde, Mikrohohlkügelchen und Keramikkügelchen sowie geblähter Perlit und Vermiculat, und/oder ein Füllstoff mit höherer Dichte, z. B. Calciumcarbonat, Glimmer, Vollastonit, Talk, Kaolin, Kohlenstoff, Siliciumdioxid und Aluminiumoxid.
Die wärmehärtbaren Bahnengusszusammensetzungen umfassen typischerweise (a) etwa 30 bis 50 Teile des wärmehärtbaren Harzes, bevorzugt etwa 35 bis 45 Teile; (b) etwa 1 bis 10 Teile des behandelten anorganischen Tons, bevorzugt etwa 2 bis 6 Teile; (c) etwa 10 bis 40 Teile eines „low profile"-Additivs (bevorzugt als eine 50%ige Lösung in Styrol), bevorzugt etwa 15 bis 30 Teile; (d) 15 bis 40 Teile Fieberglas, bevorzugt etwa 25 bis 35 Teile; und (e) 0 bis 65 Teile eines anorganischen Füllstoffs, bevorzugt etwa 20 bis 30 Teile, wobei die Teile auf 100 Teile der SMC-Harz-Formulierung bezogen sind.
Die SMC enthält bevorzugt auch einen organischen Starter. Die organischen Starter werden bevorzugt ausgewählt aus organischen Peroxiden, die hoch reaktiv sind und bei der Solltemperatur zerfallen können und die gewünschte Härtungsgeschwindigkeit aufweisen. Vorzugsweise wird das organische Peroxid aus solchen ausgewählt, die bei Temperaturen von etwa 50°C bis etwa 120°C zerfallen. Die organische Peroxide, die in der praktischen Umsetzung der Erfindung verwendet werden sollen, werden typischerweise ausgewählt aus tertiär-Butylperoxy-2-ethylhexanoat; 2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)cyclohexan; tertiär-Amyl-2-ethylhexanoat und tertiär-Butylisopropylcarbonat; tertiär-Hexylperoxy-2-ethylhexanoat; 1,1,3,3-Tetramethylbutylperoxy-2-ethylhexanoat; tertiär-Hexylperoxypivalat; tertiär-Butylperoxypivalat; 2,5-Dimethyl-2,5-di(2-ethylhexanoylperoxy)cyclohexan; Dilaurylperoxid; Dibenzoylperoxid; Diisobutyrylperoxid; Dialkylperoxydicarbonate wie Diisopropylperoxydicarbonat, Di-n-propylperoxydicarbonat, Di-sec-butylperoxydicarbonat, Dicyclohhexylperoxydicarbonat; VAZ052, welches 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril) ist; Di-4-tertiär-butylcyclohexylperoxydicarbonat und Di-2-ethylhexylperoxydicarbonat und t-Butylperoxyester, wie tertiär-Butylperpivalat sowie tertiär-Butylperpivalat und Eodecanoat. Stärker bevorzugt sind die Starter Di-(4-tert-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat und Dibenzoylperoxid. Am meisten bevorzugt ist der Starter Dibenzoylperoxid, das eher als Lösung oder Paste denn in trockener Form verwendet wird. Die Starter werden in einem Mengenanteil verwendet, der zusammengerechnet etwa 0,1 Teile bis etwa 8 Teile pro 100 Gewichtsteilen, bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 5 Teile pro 100 Gewichtsteilen und stärker bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 4 Teile pro 100 Gewichtsteilen beträgt.
Die SMC kann auch einen Stabilisator oder Inhibitor enthalten. Die Stabilisatoren sind bevorzugt solche mit hoher polymerisationsinhibierenden Wirksamkeit bei oder nahe bei Raumtemperatur. Beispiele für geeignete Stabilisatoren schließen Hydrochinon, Toluhydrochinon; Di-tertiär-butylhydroxytoluol (BHT); para-tertiär-Butylcatechol (TBC); Mono-tertiär-Butylhydrochinon (MTBHQ); Hydrochinonmonomethylether; butyliertes Hydroxyanisol (BHA); Hydrochinon; und Parabenzochinon (PBQ) ein. Die Stabilisatoren werden in einer Gesamtmenge im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 4,0 Teilen pro 100 Teilen, bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 3,0 Teilen pro 100 Teilen und stärker bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des ungesättigten Polyesters verwendet.
Die Bahnengusszusammensetzung kann ferner ein Eindickmittel wie Oxide, Hydroxide und Alkoholate des Magnesiums, Calciums, Aluminiums und dergleichen einschließen. Das Eindickmittel kann in einem Mengenanteil eingebracht werden, der etwa im Bereich von 0,05 Teilen bis etwa 5 Teilen pro 100 Gewichtsteilen, basierend auf dem Gewicht des ungesättigten Polyesterharzes, bevorzugt 0,1 bis etwa 4 Teilen pro 100 Gewichtsteilen und stärker bevorzugt etwa 1 Teil bis etwa 3 Teilen pro 100 Gewichtsteilen liegt. Zusätzlich oder in einer anderen Ausführungsform kann die SMC Isocyanat-Verbindungen und Polyole oder andere mit Isocyanaten reagierende Verbindungen enthalten, die verwendet werden, um die SMC einzudicken.
Die SMC kann auch andere Zusatzstoffe enthalten, z. B. Cobalt-Reaktionsbeschleuniger (Co), Keimbildner, Gleitmittel, Weichmacher, Kettenverlängerer, Färbemittel, Formtrennmittel, Antistatikmittel, Pigmente, feuerhemmende Mittel und dergleichen. Die optionalen Zusatzstoffe und die verwendeten Mengen hängen von der Anwendung und den geforderten Eigenschaften ab.
Die SMCs sind für die Herstellung von Formgegenständen, insbesondere Bahnen und Platten nützlich. Die Bahnen und Platten können durch herkömmliche Verfahren, wie Vakuumverarbeitung oder durch Heißpressen geformt werden. Die SMCs werden durch Erwärmen, Kontakt mit ultravioletter Strahlung und/oder einem Katalysator oder anderen geeigneten Mitteln gehärtet. Die Bahnen und Platten können verwendet werden, um andere Materialien zum Beispiel Holz, Glas, Keramik, Metall oder Kunststoffe abzudecken. Sie können auch mit anderen Kunststofffolien oder Schutzfolien laminiert werden. Sie sind besonders nützlich zur Herstellung von Campingfahrzeugen, Automobilen, Booten und Bauplatten.
Die detaillierte Beschreibung und die Beispiele werden spezifische Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, wodurch es einem Fachmann möglich wird, die Erfindung in der Praxis auszuführen, die beste Ausführungsweise eingeschlossen. Dabei wird in Betracht gezogen, dass viele gleichwertige Ausführungsformen der Erfindung neben diesen speziell offenbarten Ausführungsformen ausgeführt werden können.
ABKÜRZUNGEN
Die folgenden Abkürzungen werden verwendet:

A7221-Harz: = Isophthalharz, hergestellt von Ashland Specialty Chemical Company
BP: = Benzoylperoxid, ein Härtungskatalysator
CL-10A: = Ein anorganischer modifizierter Ton, hergestellt durch Ionenaustausch, welcher Quellen von CLNA mit Wasser und dann Interkalieren mit DMBTAC einschließt, derart, dass das Gewichtsverhältnis von CLNA/DMBTAC etwa 70:30 beträgt, im Handel erhältlich bei Southern Clay Products
CLNA: = Ein unbehandelter anorganischer Ton, der nicht mit Wasser oder einem quartären Ammoniumsalz behandelt worden ist (d. h. er ist nicht interkaliert), im Handel erhältlich bei Southern Clay Products
DMBTAC: = Dimethylbenzyl-Talg-Ammoniumchlorid
DCPD-Harz: = Dicyclopentadien ungesättigtes Polyesterharz (D1657-HV1), hergestellt von Ashland Specialty Chemical, einer Abteilung von Ashland Inc.
ELG (%): = Dehnbarkeit des geformten Testgegenstands, gemessen mit einem Instron Model 4204
HDT (°C): = Wärmeformbeständigkeitstemperatur, gemessen mit einem Heat Distortion Tester Vista 6
MC: = Mineralisches Kolloid, ein im Handel erhältlicher Ton von Southern Clay Products, der weniger gereinigt als CLNA und kostengünstiger ist
SARTOMER 705: = Zinkdiacrylat, geliefert von Sartomer
SARTOMER 706: = Zinkdiacrylat mit etwas Zinkstearat, ein metallorganisches Interkalationsmittel, geliefert von Sartomer
SARTOMER 708: = Zinkdimethacrylat, geliefert von Sartomer
SARTOMER 636: = Calciumdiacrylat, geliefert von Sartomer
STY: = Styrolmonomer
T/S: = Zugfestigkeit des Formgegenstands, gemessen mit einem Instron Model 4204
UPE: = Ungesättigtes Polyesterharz

BEISPIELE
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Änderungen möglich sind und Elemente durch entsprechende Äquivalente substituiert werden können ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material den Lehren der Erfindung anzupassen ohne von deren wesentlichen Umfang abzuweichen. Infolgedessen ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform, die als beste Art zur Ausführung dieser Erfindung offenbart wird, beschränkt werden soll, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließen wird, die in den Umfang der angehängten Ansprüche fallen. In dieser Anmeldung liegen alle Einheiten im metrischen System vor und alle Mengen und Prozentsätze sind, sofern nicht anders angegeben, Gewichtsangaben.
Einleitend ist zu bemerken, dass die Daten anzeigen, dass der interkalierte anorganische Ton nicht effektiv hergestellt werden kann, indem lediglich das Interkalationsmittel zu dem anorganischen Ton zugegeben wird. Gemäß dem Stand der Technik werden behandelte anorganische Tone typischerweise durch Ionenaustausch hergestellt. Dieses Verfahren schließt die Zugabe von Wasser zu dem anorganischen Ton ein, um den Ton quellen zu lassen (Vergrößerung des d-Abstands), so dass das quartäre Interkalationsmittel (üblicherweise ein Ammoniumsalz) effektiv in den anorganischen Ton interkalieren kann. Siehe dazu Tabelle I, in der die Experimente zusammengefasst werden, die den Effekt der verschiedenen Variablen auf die Erhöhung des d-Abstands zeigen. Der d-Abstand wurde aus Röntgenbeugungsbildern bestimmt, die mit einem Siemens D 500-Diffraktometer unter Verwendung einer monochromatisierten Kupfer-Röntgenquelle, die bei 30 mA/40 kV betrieben wurde, gesammelt worden waren.
Kontrolle
(CLNA-Ton)
Der d-Abstand von CLNA, einem mit Wasser gequollenen, jedoch nicht mit einem Interkalationsmittel behandelten Ton, wurde gemessen. Die Daten in Tabelle I zeigen, dass eine geringe Aufweitung des d-Abstands vorliegt, dass der d-Abstand jedoch nach dem Trocknen wieder auf den anfänglichen Wert zurückkehrt.
Vergleichsbeispiel A
(CLNA-Ton, der mit DMBTAC durch direkte Zugabe des Interkalationsmittels zum Ton behandelt wurde)
20 Teile CLNA wurden mit 8 Teilen DMBTAC behandelt. Die Daten in Tabelle I zeigen, dass eine Aufweitung des d-Abstands vorlag.
Beispiel 1
(Herstellung eines behandelten anorganischen Tons durch Ionenaustausch unter Verwendung nur einer metallorganischen Verbindung als das Interkalationsmittel)
CLNA wurde, nachdem man es mit Wasser hatte quellen lassen, mit SARTOMER 706 als Interkalationsmittel behandelt. In einem Reaktionsgefäß wurden 2 g SARTOMER 706 und 8 g CLNA in deionisiertem Wasser unter Rühren für 2 Stunden gemischt. Das Gemisch war opak und hatte bei 60°C einer hohe Viskosität. Der behandelte Ton wurde abgefiltert, mit Wasser gewaschen, getrocknet, gemahlen und durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 350 mesh gesiebt. Der d-Abstand des behandelten Tons ist in Tabelle I angegeben.
Beispiel 2
(Herstellung eines behandelten anorganischen Tons in situ unter Verwendung nur einer metallorganischen Verbindung als das Interkalationsmittel)
Es wurde ein behandelter anorganischer Ton unter Verwendung von SARTOMER 706 als Interkalationsmittel hergestellt. In einem Reaktionsgefäß wurden 2 g SARTOMER 706 in 60 g Styrol gelöst. Dann wurden 8 g des anorganischen Tons CLNA unter Rühren zugegeben. Das Gemisch war opak und hatte eine niedrige Viskosität. Der d-Abstand des behandelten Tons ist in Tabelle I gegeben.
Beispiel 3
(Herstellung eines behandelten anorganischen Tons, der in situ unter Verwendung eines Gemisches aus einer metallorganischen Verbindung und einer Ammoniumverbindung als das Interkalationsmittel hergestellt wurde)

Der Verfahrensweise aus Beispiel 2 wurde gefolgt, mit der Ausnahme, dass das verwendete Interkalationsmittel ein Gemisch aus SARTOMER 706 und DMBTAC im Gewichtsverhältnis von 60 zu 20 war. Der d-Abstand des behandelten Tons ist in Tabelle I angegeben. Tabelle I (d-Abstandswerte des modifizierten anorganischen Tonmaterials)

Beispiele	Ton	Intercalationsmittel	d-Abstand im Gel mit Monomer (Å)	d-Abstand des getrockneten Tons (Å)	Intensität des d-Abstands im UPE-Gussteil (Å)
Kontrolle 1	CLNA	keines	12,4 in Wasser	10,1	10,4 (hohe Intensität)
Kontrolle 2	CLNA	keines	12,1 in Styrol	10,3
A	CLNA	DMBTAC	35,4 in Styrol	18,6	13,6 (sehr geringe Intensität)
1	CLNA	SARTOMER 706	21,3 in Wasser	13,4	12,4 (sehr geringe Intensität)
2	CLNA	SARTOMER 706	21,5 in Styrol	12,7	12,9 (sehr geringe Intensität)
3	CLNA	SARTOMER 706/ DMBTAC	35,0 in Styrol	18,1	13,8 (sehr geringe Intensität)

Die Peaks der Röntgenbeugung (XRD) von Cloisite Na im Gel und im trockenen Pulver weisen sehr hohe Intensität auf. Die Daten der Tabelle I zeigen, dass sich eine geringe oder gar keine Erhöhung des d-Abstands ergibt, wenn CLNA ohne ein Interkalationsmittel verwendet wird. Die Verwendung von DMBTAC, SARTOMER 706 und einem Gemisch von DMBTAC und SARTOMER 706 erhöhen den d-Abstand.
Tabelle I zeigt, dass der d-Abstand des trockenen Tons mit DMBTAC wegen seiner langen aliphatischen Seitenkette (C₁₈) am größten ist. Andererseits ist, da das Zinkdiacrylat-Molekül eher klein ist, der d-Abstand nicht sehr groß. (Die Menge an Stearinsäure in SR 706 ist zu gering, um den d-Abstand zu beeinflussen.) Trotzdem macht das Zinkdiacrylat die Oberfläche des Tons organophil, wodurch er mit den Monomeren und den Harzen kompatibel wird. Folglich gilt, dass der mit SR 706 behandelte Nanoton in Monomeren wie Styrol oder Methylmethacrylat quillt und dass große Moleküle eines ungesättigten Polyesterharzes die Schichtzwischenräume des Tons besetzen können. Dies könnte zur Exfoliation des Tons während der Polymerisation des Harzes führen, was den Verlust der Kristallinität des Tons zur Folge hat. Deshalb zeigen XRD-Bilder des UPE-Gussteils sehr geringe Intensitätspeaks, die interkalierten Strukturen des Tons entsprechen.
Die Zugabe des DMBTAC zu dem Zinkdiacrylat verbessert die Dispersion des Nanotons im Monomer- oder Monomer/Harz-System und verhindert ein Absetzen des Tons während der Lagerung. Diese Eigenschaft ist in Anwendungen wichtig, in denen eine lange Lagerung der Dispersion erforderlich ist.
Beispiele B und 4 bis 6
(Herstellung von Gussteilen mit den behandelten anorganischen Tonen der Beispiele 1 und 2)
Die behandelten Tone der Beispiele A und 1 bis 3 wurden verwendet, um klare Gussteile mit einem ungesättigten Polyester anzufertigen. Es wurden Tests durchgeführt, um die thermischen und mechanischen Eigenschaften der Gussteile zu bestimmen, um zu sehen, wie nützlich die behandelten Tone bei der Herstellung der Gussteile waren. Um die Testgussteile herzustellen, werden 2 g Compatibilizer in 60 g Styrol gelöst. Dann wurden 8 g des anorganischen Tons Cloisite Na von Sothern Clay Products unter Rühren zugegeben. Das Gemisch weist hohe Viskosität auf und sieht transparent aus, wenn DMBTAC verwendet wird oder opak, wenn nur Sartomer 706 verwendet wird.
Dann werden 80 g Dicyclopentadienpolyesterharz (D1657-HV1), hergestellt von Ashland Specialty Chemical Company, einer Abteilung von Ashland Inc., zugegeben, um die Viskosität zu verringern. Die Komponenten wurden dann unter Verwendung eines Rührers mit hoher Schwerkraft für 15 Minuten bei 6000 UpM gemischt. Der mit organischen Verbindungen behandelte Ton wird während dieses Schrittes in situ gebildet. Dann werden zusätzliche 100 g D1657-HV1 zugegeben und es wird 30 Minuten gründlich gemischt. Dies macht man, um das gewünschte Styrol zu Polyester-Verhältnis beizubehalten. Die Proben einiger Styrol-Gele wurden mittels XRD untersucht, um den d-Abstand des Tons mit verschiedenen Interkalationsmitteln zu bestimmen.
Die voranstehenden Gemische wurden verwendet, um klare Gussteile für die XRD-Analyse und für thermische und mechanische Prüfungen herzustellen. Die Gussteile wurden hergestellt, indem 1% Benzoylperoxid verwendet wurde und eine Härtung bei erhöhter Temperatur wie folgt durchgeführt wurde:

– 0,5 h bei 57°C
– 0,5 h bei 63°C
– 1 h bei 71°C
– 2 h bei 82°C
– Nachhärten für 2 h bei 150°C.

Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefasst. Tabelle II (Physikalische und mechanische Eigenschaften des Gegenstands aus Nanoverbundstoff, hergestellt mit behandelten Tonen)

Beispiel Ton T/S (psi) MOD (ksi) ELG (%) HDT (°C)

B A 6520 598 1,16 90

4 1 7005 682 1,15 97

5 2 7240 695 1,20 96

6 3 6470 656 1,20 94

Die Ergebnisse in Tabelle II zeigen, dass das Gussteil, das mit der Nanodispersion unter Verwendung von SARTOMER 706 hergestellt wurde, erhöhte Zugfestigkeit (10 bis 15%), einen erhöhten Elastizitätsmodul (30 bis 40%) und im Wesentlichen unveränderte Dehnbarkeit aufwiest. Die HDT ist mit nur 0,8% Sartomer SR706 um 6°C erhöht. Größere Erhöhungen sind mit höheren Konzentrationen an SR706 möglich. Aufgrund des weichmachenden Effekts von DMBTAC auf UPE ergibt sich eine geringe Abnahme der mechanischen Eigenschaften von UPE, wenn DMBTAC zugegeben wird. Tabelle III (Beispiel eines klaren Gussteils, das ein anderes Harz und ein anderes Zinkdiacrylat zeigt)

Beispiel	Probenbeschreibung	Zugfestigkeit (psi)	Elastizitätsmodul (ksi)	Dehnbarkeit (%)	HDT (°C)
7	A7221	10025	594	2,20	110
8	A7221 + 0,8%DMBTAC + 3,2 %CloisiteNa	5904	665	1,57	108
9	A7221 + 2%SR705	9685	571	1,97	115
10	A7221 + 0,8%DMBTAC + 3,2 %CloisiteNa + 2%SR705	10121	661	2,06	116

Die Ergebnisse in Tabelle III zeigen, dass die Zugabe von Nanoton mit Zinkdiacrylat den Elastizitätsmodul um etwa 10% und die HDT um 6°C in einem klaren Gussteil mit Isophthalharz A7221 erhöht ohne die Festigkeit und die Dehnbarkeit zu verringern. Dies ist ein Hochleistungsharz und Verbesserungen sind sehr schwierig zu erreichen. Weitere Verbesserungen sind durch eine Erhöhung der Konzentration an Nanoton und Zinkdiacrylat möglich.
Beispiele der SCM-Formulierungen

In den Beispielen 11 bis 16 wurden mehrere SMC-Pasten gebildet. Die Formulierungen sind in Tabelle IV beschrieben. Der Herstellungsvorgang ist wie folgt:
Das metallische Diacrylat wird in einer „low profile"-Additiv(LPA)-Lösung in Styrol gelöst und dann wird anorganischer Ton unter Rühren zugegeben. Das ungesättigte Polyesterharz wird zugegeben und für etwa 30 Minuten unter Rühren mit hoher Schwerkraft gemischt, um eine vollständige Interkalation des Tons sicherzustellen. Sämtliche Luftblasen, die während des Mischen eingeschlossen wurden, werden durch Vakuumentgasen oder andere geeignete Verfahren entfernt. Die restlichen Komponenten der SMC-Paste werden zugegeben und sorgfältig gemischt. Das so erhaltene Gemisch weist eine Viskosität von 30.000 bis 40.000 cPs auf, was für die SMC-Weiterverarbeitung erforderlich ist. Tabelle IV (SMC-Formulierungen)

	Kontrolle	11	12	13	14	15	16
Vinylester A2005	80	80	80	80	80	80	80
LPA NP2000	20	20	20	20	20	20	20
Pigment CM20540	3,5	3,5	3,5	3,5	3,5	3,5	3,5
Zinkstearat	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5
TBPB	1,3	1,3	1,3	1,3	1,3	1,3	1,3
Cloisite Na			3,2	3,2	3,2	3,2
Mineralisches Kolloid							2,0
Calcium – carbonat W4	145	145	145	145	145	145	145
Sartomer SR705		5	2	5			4
Sartomer SR708					5
Sartomer SR636						2

Es wurden Vortests durchgeführt durch Formgießen der SMC-Pasten in Testplatten und Härten dieser in einer Caver Laboratory Press bei etwa 150°C. Dann wurden die mechanischen und thermischen Eigenschaften der geformten Platten unter Verwendung von DMA (Dynamic Mechanical Analysis) bestimmt. Diese Vortests, die sich auf die Paste beziehen, lassen erkennen, wie effektiv eine SMC in der Herstellung von Formgegenständen sein wird.
In anderen Tests wurden SMCs durch Zugabe von Fieberglas zu den Pasten hergestellt (etwa 35 Gew.-% Fieberglas, bezogen auf das Gewicht der Paste). Testplatten wurden durch Formen von SMCs auf einer 24-Zoll SMC-Maschine und Formpressen der flachen Platten für 2 Minuten bei 150°C und einem Druck von 1000 psi hergestellt. Die 12 Zoll mal 12 Zoll großen Testplatten wurden für 2 Minuten einer Temperatur von 150°C und einem Druck von 1000 psi. Der erkaltete Teil der 12 Zoll mal 12 Zoll großen Testplatten wurden bezüglich der Schrumpfung des erkalteten Formteils, der Oberflächenqualität und der mechanischen und thermischen Standardeigenschaften, wie der Tg (Glasübergangstemperatur) und der Elastizitätsmodule, bewertet.

Die Testergebnisse ergaben sich aus Tests an Proben, die Fieberglas enthielten. Die Testergebnisse wurden mittels Dynamic Mechanical Analysis unter Verwendung des Verfahrens GMP.UP.018 von General Motors erbracht und sind in Tabelle V zusammengefasst. Tabelle V (Thermische und mechanische Eigenschaften der SMC, bezogen auf das Vinylesterharz A2005 mit Nanotonen und anderen Zusatzstoffen)

Beispiel	SMC-Formulierung	Tan ∆ 1. Durchlauf (°C)	Tan ∆ 2. Durchlauf (°C)	HDT unter Last (°C)	Biegemodul bei 150°C 1. Durchlauf (GPa)	Biegemodul bei 150°C 2. Durchlauf (GPa)
Kontrolle	Kontrolle	177,4	182,6	121,6	1,31	1,68
17	11	186,1	189,6	131,2	1,95	2,28
18	12	185,1	187,3	130,4	1,97	2.25
19	13	190,7	194,4	133,7	2,37	2,56
20	14	185,0	189,6	134,4	2,01	2,31
21	15	186,7	190,3	127,3	2,06	2,53
22	16	> 200	211,1	139,6	2,59	2,82

Die Daten in Tabelle V zeigen, dass beide Formulierungen, sowohl die mit als auch die ohne Fieberglas, einen wesentlichen Anstieg der Tg, wie über Tan Δ bestimmt, mit der Zugabe des Nanotons und der metallischen Diacrylate zeigen. Zudem ist der Biegemodul bei erhöhter Temperatur wesentlich erhöht, insbesondere in Formulierungen ohne Faser.

Claims

Wärmehärtbare anorganische Ton-Nanodispersion, umfassend einen anorganischen Ton mit mehr als einer Schicht und eine metallorganische Verbindung, ausgewählt aus Zinkacrylatstearat, Zinkdiacrylat, Zinkdimethacrylat, Calciumdiacrylat und Gemischen davon, als ein erstes Intercalationsmittel, und gegebenenfalls ein zweites Intercalationsmittel, wobei das erste und das zweite Intercalationsmittel in einer Menge vorhanden sind, die ausreicht, 35 bis 100% der Kationen des anorganischen Tons durch Kationen des Intercalationsmittels zu ersetzen.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 1, wobei der anorganische Ton vor der Zugabe der metallorganischen Verbindung durch Ionenaustausch behandelt wird.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 1, wobei die Nanodispersion durch Kontaktieren des anorganischen Tons mit einem Gemisch aus der metallorganischen Verbindung und einem Mittel, das die Intercalation erleichtert, in situ hergestellt wird.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 3, wobei das Mittel, das die Intercalation erleichtert, ein Monomer und/oder ein Harz ist, welches mit dem anorganischen Ton kompatibel ist.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 4, wobei der anorganische Ton Montmorillonit-Ton ist.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 5, wobei das Mittel, das die Intercalation erleichtert, aus Styrolmonomer, Acrylmonomer, Epoxyharzen und Polyolen ausgewählt ist.
Anorganische Ton-Nanodispersion, umfassend die anorganische Ton-Nanodispersion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und ein Härtungsmittel.
Anorganische Ton-Nanodispersion, umfassend die anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 3 und ein Härtungsmittel.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 8, wobei, bei erhöhten Temperaturen, Styrol als das Mittel, welches die Intercalation erleichtert, verwendet wird, ein ungesättigter Polyester als das Härtungsmittel verwendet wird und ein Peroxid als ein Katalysator verwendet wird.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 8, wobei ein Epoxyharz als das Mittel, welches die Intercalation erleichtert, verwendet wird, und ein Polyamid als das Härtungsmittel mit einem tertiären Amin als ein Katalysator verwendet wird.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 8, wobei ein Polyol als das Mittel, welches die Intercalation erleichtert, verwendet wird, ein organisches Polyisocyanat als das Härtungsmittel verwendet wird und ein tertiäres Amin als ein Katalysator verwendet wird.
Anorganische Ton-Nanodispersion gemäß Anspruch 8, wobei ein Epoxyharz als das Mittel, welches die Intercalation erleichtert, verwendet wird, und ein polyfunktionelles Amin als das Härtungsmittel verwendet wird.
Formzusammensetzung, umfassend die anorganische Ton-Nanodispersion gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12 und einen Füllstoff.
Formzusammensetzung gemäß Anspruch 13, welche ferner ein „low profile"-Additiv umfasst.
Formzusammensetzung gemäß Anspruch 14, umfassend: (a) 30 bis 50 Teile wärmehärtbares Harz; (b) 1 bis 10 Teile behandelter anorganischer Ton; (c) 10 bis 40 Teile eines „low-profile"-Additivs; (d) 15 bis 40 Teile Glasfaser; und (e) 0 bis 65 Teile anorganischer Füllstoff, wobei sich die Teile auf 100 Teile der Formzusammensetzung beziehen.