Sistema de resina a base de monobenzoxazina líquida.
Sistema de resina líquida que comprende:
(a) un monómero de monobenzoxazina líquida de fórmula (I)**Fórmula**
en la que R es fenilo sustituido o no sustituido,
grupo alquilo C1-C8 sustituido o no sustituido o grupo cicloalquilo C3-C8 sustituido o no sustituido; y
(b) al menos un compuesto epoxídico distinto de glicidilo,
en el que la razón en peso de componente (a) con respecto a componente (b) está en un intervalo de aproximadamente 25:75 a aproximadamente 60:40.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/034900.
Solicitante: Huntsman Advanced Materials Americas LLC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 10003 Woodloch Forest Drive The Wodlands, TX 77380 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: BRYANT, MARK, TIETZE, ROGER, NGUYEN,YEN-LOAN.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C08G73/00 QUIMICA; METALURGIA. › C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES. › C08G COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES DISTINTAS A AQUELLAS EN LAS QUE INTERVIENEN SOLAMENTE ENLACES INSATURADOS CARBONO - CARBONO (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para sintetizar un compuesto dado o una composición dada o para la separación de isómeros ópticos a partir de una mezcla racémica C12P). › Compuestos macromoleculares obtenidos por reacciones que forman un enlace que contiene nitrógeno con o sin oxígeno o carbono en la cadena principal de la macromolécula, no previstos por los grupos C08G 12/00 - C08G 71/00.
PDF original: ES-2502536_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Campo de la invención
Esta invención se refiere a un sistema de resina de baja viscosidad, altamente estable, que comprende una resina de monobenzoxazina líquida y al menos un compuesto epoxídico distinto de glicidilo. Este sistema de resina, cuando se usa solo o en combinación con otros componentes, puede ser útil como una resina de moldeo por transferencia de resina, resina de moldeo por transferencia de resina asistida por vacío, resina de extrusión por estirado, adhesivo, resina preimpregnada o en otras aplicaciones de tipo de fabricación de material compuesto.
Antecedentes de la invención
Se están usando materiales compuestos de matriz polimérica reforzada con fibra en muchas aplicaciones estructurales tales como aplicaciones de aeronaves, aeroespaciales, automóviles y artículos deportivos. Generalmente, estos materiales compuestos de alto rendimiento contienen fibras de carbono continuas orientadas curadas en una resina de matriz. También pueden usarse fibras de vidrio o Kevlar® en estas aplicaciones. Aunque hay muchos tipos de matrices que encuentran uso en aplicaciones de material compuesto, las resinas epoxídicas han dominado el mercado debido a la facilidad de uso, las excelentes propiedades y el coste relativamente bajo.
Más recientemente, debido a sus excelentes propiedades físicas y mecánicas y a la alta estabilidad térmica, se han usado resinas de polibenzoxazina en la producción de materiales compuestos de alto rendimiento. Tales resinas de polibenzoxazina pueden obtenerse de la reacción de fenoles polihidroxilados, formaldehído y una amina tal como se describe en los documentos UPS 4.67.91, US 5.152.993, US 5.266.695 y US 5.543.516. Un inconveniente de tales resinas de polibenzoxazina es que son sólidas a temperatura ambiente y deben fundirse cuando se usan en la fabricación de materiales compuestos, por ejemplo, en procedimientos de fabricación de moldeo por transferencia de resina (RTM) y moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (VaRTM).
En RTM y VaRTM, se fabrica una preforma de fibra en la forma de un artículo de material compuesto terminado, luego se coloca en un molde de cavidad cerrada. Entonces se inyecta una resina en el molde para humedecer ¡nlcialmente e impregnar finalmente la preforma. En RTM, se inyecta la resina a presión en el molde y entonces se cura para producir el material compuesto. En VaRTM, se cubre la preforma mediante un revestimiento o lámina flexible que se sujeta sobre el molde para sellar la preforma en una envoltura. Se introduce entonces la resina en la envoltura para humedecer la preforma y se aplica vacío al interior de la envoltura mediante una línea de vacío para abatir la lámina flexible contra la preforma y extraer la resina a través de la preforma. Entonces se cura la resina mientras se está sometiendo a vacío.
Por tanto, en los sistemas tanto de RTM como de VaRTM, la resina que se usa debe poseer una viscosidad de inyección muy baja para permitir la humectación e impregnación completas de la preforma. Además, la resina debe mantener una viscosidad baja de este tipo durante un periodo de tiempo suficiente para llenar completamente el molde en impregnar la preforma de fibra. Finalmente, la resina debe ser homogénea antes del curado. Estos requisitos limitan el uso de resinas de polibenzoxazina en sistemas de RTM y VaRTM puesto que, con el fundido, confieren una viscosidad superior a la deseada, contienen sólidos en forma particulada y vuelven rápidamente a una forma sólida a temperaturas por debajo de aproximadamente 1°C.
Se conocen resinas curables a base de benzoxazinas, que son difícilmente inflamables y pueden contener resinas epoxídicas, a partir del documento US 5.31.484.
El documento US 6.743.852 describe composiciones de resina termoendurecible preparadas a partir de benzoxazinas que comprenden un resto polimerizable que son útiles como adhesivos para el montaje de dispositivos electrónicos.
El documento WO 2/6165 describe la preparación de una resina de benzoxazina líquida a partir de un fenol monohidroxilado, aldehido y amina y su uso en aplicaciones en las que es necesario aplicar una resina de benzoxazina como un líquido a temperatura ambiente. Sin embargo, esta resina de benzoxazina líquida todavía muestra una viscosidad superior a la deseada a temperatura ambiente y un corto tiempo de empleo útil, convirtiendo su uso en sistemas de RTM y VaRTM en un desafío.
El documento JP 29-9713 da a conocer composiciones de resina líquida que comprenden una benzoxazina, una resina epoxídica líquida, una resina fenólica y un elastómero que se caracterizan por deformación mínima y que son adecuadas para sellar componentes electrónicos.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un sistema de resina líquida que contiene:
(a) un monómero de monobenzoxazina líquida de fórmula (I)
**(Ver fórmula)**R
(O
en la que R es un grupo alifático o aromático; y
(b) al menos un compuesto epoxídico distinto de glicidilo, en el que la razón en peso de componente (a) con respecto a componente (b) está en un intervalo de aproximadamente 25:75 a aproximadamente 6:4.
El sistema de resina líquida muestra una viscosidad inferior a 5 cps a temperatura ambiente y estabilidad excepcional a lo largo de un periodo de tiempo prolongado, convirtiendo por tanto su uso en RTM y VaRTM, así como en otros métodos de fabricación de material compuesto, en altamente ventajoso.
Según otra realización, la presente invención se refiere a un procedimiento para producir un artículo de material compuesto en un sistema de moldeo por transferencia de resina. El procedimiento incluye las etapas de: a) proporcionar una preforma de fibra en un molde; b) inyectar el sistema de resina líquida de la presente invención en el molde, c) permitir que el sistema de resina líquida impregne la preforma de fibra; y d) calentar la preforma impregnada de resina a una temperatura de al menos aproximadamente 9°C durante un periodo de tiempo suficiente para producir un artículo sólido curado al menos parcialmente. El artículo sólido curado parcialmente puede someterse entonces a operaciones posteriores al curado para producir el artículo de material compuesto final.
En una realización alternativa, la presente invención se refiere a un procedimiento para formar un artículo de material compuesto en un sistema de moldeo por transferencia de resina asistido por vacío. El procedimiento incluye las etapas de a) proporcionar una preforma de fibra en un molde; b) inyectar el sistema de resina líquida de la presente invención en el molde; c) reducir la presión dentro del molde; d) mantener el molde a aproximadamente la presión reducida; e) permitir que la resina de matriz impregne la preforma de fibra; y f) calentar la preforma impregnada de resina a una temperatura de al menos aproximadamente 9°C durante un tiempo suficiente para producir un artículo sólido curado al menos parcialmente. El artículo sólido curado parcialmente puede someterse entonces a operaciones posteriores al curado para producir el artículo de material compuesto final.
Descripción detallada de la invención
En general, la presente invención proporciona un sistema de resina líquida que contiene: (a) un monómero de monobenzoxazina líquida; y (b) al menos un compuesto epoxídico distinto de glicidilo, en el que la razón en peso del monómero de monobenzoxazina líquida (a) con respecto a la resina epoxídica distinta de glicidilo (b) está en un intervalo de aproximadamente 25:75 a aproximadamente 6:4. Se ha encontrado sorprendentemente que el sistema de resina líquida, cuando se formula de esta manera, muestra una viscosidad inferior a 5 cps a temperatura ambiente convirtiéndolo por tanto en altamente adecuado en la producción de materiales compuestos de alto rendimiento en diversos métodos de fabricación de material compuesto incluyendo de RTM, VaRTM, extrusión por estirado y procesamiento de filamentos. Mediante "temperatura ambiente" se quiere decir una temperatura de aproximadamente 2°C - 25°C. Además, se ha descubierto inesperadamente que el sistema de resina líquida muestra estabilidad excepcional durante el almacenamiento durante un periodo de tiempo prolongado. Finalmente, el sistema de resina líquida, tras el curado, proporciona un producto curado que tiene un excelente equilibrio de propiedades mecánicas y químicas incluyendo, por ejemplo, una alta temperatura de transición vitrea (Tg), temperatura de descomposición (Td), alta resistencia a la tracción, bajo coeficiente de expansión térmica y buena flexibilidad.
Monómero de monobenzoxazina
El sistema de resina líquida de la presente invención incluye un monómero de... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Sistema de resina líquida que comprende:
(a) un monómero de monobenzoxazina líquida de fórmula (I)
I
)
en la que R es fenilo sustituido o no sustituido, grupo alquilo Ci-Cs sustituido o no sustituido o grupo 1 cicloalquilo C3-C8 sustituido o no sustituido; y
(b) al menos un compuesto epoxídico distinto de glicidilo,
en el que la razón en peso de componente (a) con respecto a componente (b) está en un intervalo de 15 aproximadamente 25:75 a aproximadamente 6:4.
2. Sistema de resina líquida según la reivindicación 1, en el que R es fenilo.
3. Sistema de resina líquida según la reivindicación 1, en el que el compuesto epoxídico distinto de glicidilo es
un compuesto epoxídico cicloalifático.
4. Sistema de resina líquida según la reivindicación 3, en el que el compuesto epoxídico cicloalifático se selecciona de 3,4-epoxiciclohexanocarboxilato de 3,4-epoxiciclohexil-metilo, 3,4-epoxiciclohexiloxirano, 2- (3,4-epoxiciclohexil)-5,1"-espiro-3",4"-epoxiciclohexano-1,3-dioxano, monóxido de vinilciclohexeno, éster
metílico de 3,4-epoxiciclohexanocarboxilato y adipato de bis(3,4-epoxiciclohexilmetilo).
5. Sistema de resina líquida según la reivindicación 1, en el que la razón en peso de componente (a) con respecto a componente (b) está en un intervalo de aproximadamente 5:5.
6. Sistema de resina líquida según la reivindicación 1, en el que la viscosidad del sistema de resina líquida es
inferior a 5 cps a temperatura ambiente.
7. Método para producir un artículo de material compuesto con retardo de llama en un sistema de moldeo por transferencia de resina que comprende: a) introducir una preforma de fibra que comprende fibras de
refuerzo en un molde; b) inyectar una matriz de resina termoendurecible que comprende el sistema de
resina líquida según la reivindicación 1 en el molde, c) permitir que la matriz de resina termoendurecible impregne la preforma de fibra; y d) calentar la preforma impregnada de resina a una temperatura de al menos 9°C durante un periodo de tiempo para producir un artículo sólido curado al menos parcialmente; y e) someter opcionalmente el artículo sólido curado parcialmente a operaciones posteriores al curado para 4 producir el artículo de material compuesto con retardo de llama.
8. Método para formar un artículo de material compuesto con retardo de llama en un sistema de moldeo por transferencia de resina asistido por vacío que comprende a) introducir una preforma de fibra que comprende fibras de refuerzo en un molde; b) inyectar una matriz de resina termoendurecible que
comprende el sistema de resina líquida según la reivindicación 1 en el molde; c) reducir la presión dentro
del molde; d) mantener el molde a aproximadamente la presión reducida; e) permitir que la matriz de resina termoendurecible impregne la preforma de fibra; y f) calentar la preforma impregnada de resina a una temperatura de al menos aproximadamente 9°C durante un periodo de tiempo para producir un artículo sólido curado al menos parcialmente; y e) someter opcionalmente el artículo sólido curado al menos 5 parcialmente a operaciones posteriores al curado para producir el artículo de material compuesto con
retardo de llama.
9. Procedimiento para preparar un artículo de material compuesto con retardo de llama que comprende curar térmicamente una mezcla de resina termoendurecible que comprende el sistema de resina líquida según la
reivindicación 1 a una temperatura por encima de aproximadamente 9°C.
1. Artículo de material compuesto con retardo de llama preparado según el procedimiento según la reivindicación 9.
11. Matriz de resina termoendurecible que comprende al menos el 3% en peso, basado en el peso total de la matriz de resina termoendurecible, del sistema de resina líquida según la reivindicación 1 y al menos uno de un disolvente, un catalizador, un retardador de la llama y/o cargas.
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