Herstellung von Formteilen aus einem ungesättigten Polyesterharz, mineralischen Füllstoffen und Glasfasern und die nach diesem Verfahren erhaltenen Formteile

Abstract

 Verfahren zur Herstellung von Formteilchen aus ungesättigtem Polyesterharz, mineralischen Füllstoffen, Magnesiumoxid, und Glasfasern.
Das Gemisch enthält neben dem ungesättigten Polyesterharz 80 bis 95 Gew.-% anorganische Füllstoffe mit einer hauptsächlich zwischen 0 und 500 Mikron liegenden Korngrösse, 1 bis 5 Gew.-% Glasfasern, bezogen auf das gesamte Gemisch, von denen zumindest 3_/4 eine Länge von weniger als 15 mm haben und hauptsächlich als willkürlich verteilte Einfäden vorhanden sind, und 0,5 bis 5 Gew.-% eines Erdalkalimetalloxids, vorzugsweise Magnesiumoxid, bezogen auf das ungesättigte Polyesterharz, welches Gemisch eingedickt wird, bis es kompakt und nahezu luftfrei ist. Teile dieser Masse werden verpresst bei erhöhter Temperatur. Auf die noch heissen Formlinge wird eine glasurähnliche Schutzschicht angebracht.
Die Erfindung wird insbesondere angewandt für die Herstellung Komplizierter als auch einfacher Formteilen wie z.B. Duschbecken, bzw. Fliesen als hochwürdigen Ersatz solchen keramischen Erzeugnisse.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Formteilen durch Vermischung von ungesättigen Polyesterharz, mineralischen FUllstoffen und Magnesiumoxid, Eindickung dieses Gemisches in Gegenwart von Glasfasern und Verpressung von Teilen der eingedickten Masse bei erhöhter Temperatur.

[0002] Häufig benutzte Pressmassen, welche ungesättigtes Polyesterharz, mineralische Füllstoffe und Glasfasern enthalter sind im Handel bereits seit langer Zeit als

(DMC) bekannt. Diese Massen enthalten relativ

und ziemlich lange, gebündelte Glasfasern. Für die Herstellung dünnwandiger, willkürlich geformter und/oder stark gebegener Formteile sind derartige Massen weniger gut geeignet. Die Glasfasern orientieren sich während des Pressvorgans in bestimmten Richtungen, wodurch die Polymerisationsschwindung nicht gleichmässig abgefangen wird, so dass die

Festigkeit und Elastizität nicht homogen ist. Weiterhin wirken die an der Oberfläche des Formteils liegenden Glasfaserbundel wie Kapillaren, was sich ungünstig auf die Qualität des Produktes in feuchter Umgebung auswirkt. Weil in der Masse viel Luft eingeschlossen wird, lässt sich diese schwer zu dünnwändigen beliebig geformten Teilen verarbeiten. Schliesslich macht der hohe Harzgehalt die Formteile relativ teuer.

[0003] Eine andere Pressmasse ist unter der Bezeichnung 'sheet moulding compound' (SMC) bekannt. Diese enthält neben den vorgenannten Bestandteilen auch Magnesiumoxid. Dieses Gemisch lässt man in Gegenwart einer Glasfaserschicht zwischen Polyäthylenfolie eindicken. Anschliessend füllt man eine Form mit der Masse oder mit Teilen derselben zusammen mit der Glasfaserschicht und wird das Ganze bei erhöhter Temperatur verpresst. Die verarbeitung von Massen dieser Art ist ziemlich arbeitsintensiv. Der erforderliche hohe Glasfasergehalt und das Harz machen die Formteile ebenfalls relativ teuer.

[0004] Eine dritte Masse, die als 'bulk moulding compound' (BMC) bezeichnet wird, hat die gleiche Zusammensetzung wie SMC, wird jedoch in einem Kneter hergestellt und hat wegen der darin enthaltenen grossen Glasfasermenge dieselben Nachteile wie DMC.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nunmehr die Herstellung von Formteilen aus einem Gemisch der eingangs erwähnten Zusammensetzung, das-sich besser verarbeiten lässt, billiger ist und einen gleich guten oder sogar besseren E-Modul hat als die vorgenannten Gemische.

[0006] Nach der vorliegenden Erfindung wird dies erreicht, wenn das Gemisch neben dem ungesättigten Polyesterharz 80 bis 95 Gew.-% anorganische Füllstoffe mit einer hauptsächlich zwischen 0 und 500 Mikron liegenden Korngrösse, 1 bis 5 Gew.-% Glasfasern, bezogen auf das gesamte Gemisch, von denen zumindest 3/4 eine Länge von weniger als 15 mm haben und hauptsächlich als willkürlich verteilte Einfäden vorhanden sind, und 0,5 bis 5 Gew.-% eines Erkalkalimetalloxides, vorzugsweise Magnesiumoxid, bezogen auf das ungesättigte Polyesterharz, enthält, welches Gemisch eingedickt wird, bis es kompakt und nahezu luftfrei ist.

[0007] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, eine Pressmasse mit sehr hohem Füllstoffgehalt herzustellen, die sich sehr gut zu dünwändigen Formteilen beliebiger Form und guter Qualität verpressen lässt. Voraussetzung dabei ist, dass die Glasfasern in gut spezifizierter Form und Menge vorhanden sind. Der geringe Gehalt an Harz und Glasfasern macht den Selbstkostenpreis der herzustellenden Formteile niedriger als bei Anwendung der bekannten Gemische. Eine weitere Voraussetzung für das erfindungsgemässe Verfahren ist, dass die Masse kompakt und nahezu luftfrei ist, bevor sie verpresst wird.

[0008] 

[0009] Das ungesättigte Polyesterharz kann jedes geeignete Reaktionsprodukt von mehrwertigen Alkoholen und mehrwertigen

Säuren oder säurebildendenAnhydriden sein.

[0010] Von den Alkoholen können Propylenglycol, Athylenglycol, Pentandiol, Butandiol, Butylenglycol und Dipropylenglycol genannt werden. Von den Säuren sind Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäureanhydriet, Adipinsäure u. dgl. gebräuchlich.

[0011] Das ungesättigte Polyesterharz wird normalerweise vernetzt. Zu diesem Zweck sind ungesättigte Verbindungen wie Styrol, Methylmetacrylat, Vinylacetat und Diallylphthalat geeignet. Als Katalysator bei dieser Vernetzung kann man die üblichen Peroxide wie Benzoylperoxid oder tertiäres Butylperbenzoat verwenden. Ein produkt wie hydriertes Bisphenol A plus Katalysator, im Handel als 'Synolite 373' bekannt, ist ebenfalls zu diesem Zweck brauchbar.

[0012] Das obenbeschriebene, aus Harz, Füllstoffen und Glasfasern bestehende Gemisch ist dickflüssig. Nach einer AusfUhrungsform der vorliegenden Erfindung giesst man das Gemisch in einen Behälter o. dgl. und lässt man es in 1 bis 48 Stunden zu einer kompakten, nahezu luftfreien Pressmasse eindicken. Mit einer kompakten Pressmasse wird hier eine dichte, Fensterkitt ähnliche Masse angedeutet die derart viskös ist dass sie eine gegebene Form nahezu nich verliert und durch schneiden in Teilen unterteilt werden kann. Dieses Eindicken beruht auf der Wirkung des ebenfalls eingemischten Magnesiumoxids. Von der eingedickten Masse kann man jeweils die benötigte Menge abschneiden und in die Pressform oder Matrize geben, wonach das Ganze unter erhöhter Temperatur zum erwünschten Formteil gepresst wird. Von entscheidender Bedeutung dabei ist, dass im Gegensatz zu den bekannten Pressmassen eine luftfreie, kompakte Pressmasse erhalten wird.

[0013] Temperatur und Druck sind beim Verpressen der Masse nicht kritisch und werden u.a. durch die Wandstärke des erwünschten Formteils in Relation zu der optimalen Presszeit und dem Katalysator bedingt. Ubliche Temperaturen sind 100 bis 250 °C, Übliche Drücke liegen zwischen 3 und 20 MPa. Die Presszeit wird normalerweise zwischen

und 30 Minuten liegen und vorzugsweiseca. 1

bis 6 Minuten betragen.

[0014] Mit Hilfe des obenbeschriebenen Verfahrens hergestellte Formteile können bei oder kurz nach dem Verpressen mit einer harten und, oder dekorativen Oberflächenschicht versehen werden. Man kann das noch heisse und noch nicht vollständig ausgehärtet Formteil zum Beispiel kurz nach dem Verpressen mit einem pulverförmigen

behandeln. Zu diesem Zweck sind Epoxyharzs, die freie Hydroxylgruppen enthalten, wie Methylol- oder Phenolgruppen, oder ungesättigte Polyesterharze sowie Gemische eines Epoxy- und eines Polyesterharzes geeignet. Auch können die noch freien Hydroxylgruppen

nicht vollständig ausgehärteten Formteils auf diese Weise eine dreidimensionale Vernetzung bewirken, wodurch eine gute Haftung zwischen Oberflächenschicht und Formteil erreicht wird. Vorzugsweise wendet man diese Behandlungsmethode an, wenn das Formteil noch eine Temperatur von minimal 150°C und vorzugsweise von 175-200 °C hat. Ein Vorteil dabei ist, dass das erfindungsgemässe Formteil dank seinem hohen Gehalt an anorganischen Füllstoffen einen grossen Wärmeinhalt hat.

[0015] Die Behandlung mit pulverförmigem Harz kann aus Spritzen, elektrostatische Zerstäubung und Tauchen in ein Fliessbett des Pulvers bestehen. Dabei werden im allgemeinen 50 bis 300 g Pulver je m² angebracht.

[0016] 

[0017] 

Metallpofver, farbige Mineralien, Polymerisatteilen usw. Auch kann eine der beiden Glasvlieszen vorher mit einem Motiv bedruckt werden, vorzugsweise mit Hilfe eines gefärbten oder pigmentierten Harzes. Auch sind Kombinationen beider Methoden möglich.

[0018] Daneben können die Formteile auch auf die in der niederländischen Patentanmeldung 7305807 beschriebene Weise mit einer Dekoration versehen werden.

[0019] 

[0020] 

[0021] Die Erfindung wird anhand eines praktischen Beispiels näher erläutert. Als ungesättigtes Polyesterharz wird ein Polykondensations- Produkt von:

[0022] Mol Fumarsäureanhydrid. verwendet.

[0023] 650 Teile dieses Harzes werden gemischt mit:

Diesem Harzgemisch wird 1 Gew.-% Magnesiumoxid beigegeben.

[0024] 

[0025] Ein von dieser Masse abgeschnittener Teil wird anschliessend in einer Matrize 1'30 " bei einer Temperatur von 200 C und einem Druck von 150 kg/cm ² ( 15 MPa) zu einer Platte mit einer Stärke. von ca. 8 mm verpresst. Der E-Modul dieses Materials beträgt ca. 150.000 kg/cm² (15 GN/m²) gegenüber 115.000 kg/cm² (11,5 GN/m²) _bzw. 110.000 kg/cm² (11 GN/m²) für die im Handel erhältlichen auf dieselbe Weise verpressten BMC- bzw. SMC-Massen.

[0026] Als die Oberflächentemperatur der gepressten Platte noch 190 C beträgt, wird ein aus festem pigmentiertem Epoxy- und Polyesterharz bestehendes Gemisch in äusserst feinem Zustand durch Zerstäubung auf der Oberfläche angebracht. Je m²

ca. 200 g dieses Gemisches angebracht. Nach Abkühlung ist das Resultat eine Platte, deren Oberfläche sich kaum von der Oberfläche eines mit keramischer Glasur Uberzogenen gusseisernen Duschbeckens unterscheiden lässt. Die Platte genügt den Normen des Commercial Standard (USA) Nr. CS 222-59 für Duschbecken. Bei 140-stündiger Behandlung unter kochendem Wasser ändert sich die schöne Oberfläche nicht.

[0027] Eine gleiche Platte mit unbehandelter Oberfläche wird lange Zeit den Witterungsverhältnissen eines Seeklimas ausgesetzt. Die Oberfläche zeigt keine sichtbaren Veränderungen.

[0028] Der gleiche Pressversuch wird mit 0,5 bzw. 6 Gew.-% Glasfasern ausgeführt. Im ersten Fall ist die Platte sehr spröde; im zweiten Fall lässt sich das Gemisch nicht ausgiessen und nicht in eine luftfreie, kompakte Pressmasse umsetzen.

[0029] Eine Pressmasse wie oben beschrieben mit den gleichen Gewichtsverhältnissen der Bestandteile, aber mit langen Glasfasern zeigt sich weniger gut zum Verpressen zu stark gebogenen, dünnwandigen Formteilen geeignet als eine Pressmasse mit kurzen, willkürlich orientierten Glasfasern. In diesem Fall stellt sich heraus, dass die Festigkeit an gebogenen Stellen weniger gut ist als bei Anwendung von kurzen Fasern. Das Bruchrisiko an stark gebogenen stellen ist zu gross, um aus dieser Masse Gebrauchsgegenstände herzustellen.

[0030] Bei Versuchen konnte der Füllstoffgehalt auf 95 Gew.-% gesteigert werden. Bei höheren Gehalten geht der Zusammenhang völlig verloren.

[0031] Untenstehende Tabelle gibt eine übersicht über die Zusammensetzung, die Kosten und den E-Modul eines im Handel erhältlichen 'bulkmoulding compound' (BMC), eines 'sheet moulding compound' (SMC) und eines erfindungsgemassen Gemisches.

[0032] Es stellt sich heraus, dass es ohne weiteres möglich ist, während des Pressvorgangs als Dekoration zwei vorimpregnierte Glasvliesze anzubringen, zwischen denen vorher Bronzepulver zerstäubt wurde. Diese Dekoration ist gut reproduzierbar, wenn jeweils die gleiche Menge Pulver auf die gleiche Weise angebracht wird.

[0033] Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht nur auf verhältnismässig komplizierte Formteile, sondern unfasst auch relativ einfache Formteile wie Fliesen oder Wandplatten. Das modifizierte Epoxyharz braucht nichtmonochromatisch zu sein, er sind auch systematische oder willkürliche Farbschattierungen möglich.

[0034] Die Erfindung betrifft schlieslich auch Formteile, deren Körper zu 80 bis 95 Gew.-% aus anorganischen Füllstoffen mit einer hauptsächlich zwischen 0 und 500 Mikron liegenden Korngrösse, zu maximal 5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Masse, aus Glasfasern, von denen zumindest 3/4 eine Länge von weniger als 15 mm haben und hauptsächlich als Einfäden in willkürlicher Verteilung vornanden sind, sowie aus gehärtetem Polyesterharz, das eine Hagnesiumverbindung enthält, besteht.

Ansprüche

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch 1 bis 48 Stunden lang zu einer kompakten, nahezu luftfreien Pressmasse eingedickt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die eingedickte Masse bei einer Temperatur zwischen 100 und 250 °C und einem Druck zwischen 3₀ (3) und 2₀₀ (2₀) kg/cm² (MPa) verpresst wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil in noch nicht ganz ausgehärtetem Zustand bei einer Temperatur von mindestens 150 °C mit einem pulverförmigen Harz behandelt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein Epoxyharz mit freien Hydroxylgruppen, ein ungesättigtes Polyesterharz oder ein Gemisch eines Epoxy- und eines Polyesterharzes ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während der Behandlung 175 bis 200 °C beträgt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen der Pressmasse in die Pressform eine oder mehrere Glasvliesze angebracht werden, die mit einem Epoxy-oder Polyesterharz oder einem Gemisch dieser Harze imprägniert sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Glasvliesze angebracht werden, zwischen denen sich eine Dekoration befindet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekoration aus feinverteilten anorganischen oder organischen Stoffen besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekoration aus einem pigmentierten Harz bestehe

15. Formteil, dessen Körper zu 80 bis 95 Gew.-% aus anorganischen Füllstoffen mit einer hauptsächlich zwischen 0 und 500 Mikron liegenden Kurngrösse, zu 1-5 Gew.-%,bezogen auf das gesamte Gemisch, aus Glasfasern, von denen zumindest 3/4 eine Lange von weniger als 15 mm haben und hauptsächlich als willkürlich verteilte Einfäden vorhanden sind, und aus gehärteten Polyesterharz, das eine Magnesiumverbindung enthält, besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 1, wie im wesentlichen beschrieben und anhand des Beispiels näher erläutert.