Technische Daten:

Polyesterharz bietet viele Vorteile, wie: Niedrige Kosten, ausreichende Beständigkeit gegen Wasser und viele Chemikalien, Beständigkeit gegen Witterung und Alterung, angemessene Temperaturbeständigkeit (bis zu 80 Grad Celsius), gute Benetzung zu Glasfasern, geringer Schrumpfung (4%-8%) während der Aushärtung und lineare thermische Ausdehnung (100-200·10 ⁻⁶  K ⁻¹ ). Je nach Ausgangsmaterial können Polyester mit einem breiten Eigenschaftsspektrum hergestellt werden (Gubbels et al., 2023):

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Hochmolekulare lineare Polyester  (Mn  > 10.000 g/mol) - hergestellt aus bifunktionellen Alkoholen und Dicarbonsäuren (oder Derivaten) oder aus  Laktonen  - werden in der Regel thermisch zu Formstoffen verarbeitet und oft mit verschiedenen Additiven vermengt.

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Niedermolekulare Polyester  (Mn  < 10.000 g/mol), die aus gesättigten aliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäuren und di-/trifunktionalen Alkoholen hergestellt werden, sind lineare oder leicht verzweigte Zwischenprodukte für  Polyurethane  und nicht-alkydbeschichtete Harze.

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Polyester mit geringer Molekularmasse  (Mn  < 10.000 g/mol), die aus di-, Tri- und polyfunktionalen Alkoholen und polyfunktionalen (aromatischen)  Carbonsäuren  in Kombination mit (un-)gesättigten Fettsäuren hergestellt werden, werden als  Alkydharze klassifiziert.

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Ungesättigte Polyester  , die mit  ungesättigten Verbindungen kopolymerisiert werden können und aus polyfunktionellen Alkoholen und mehrfach ungesättigten Carbonsäuren gebildet werden. Nach  der Copolymerisation  mit Monomeren (z.B. Styrol) können sie auch als Thermo-Sets klassifiziert werden.

Die Polyesterifizierungsreaktion ist reversibel und wird dadurch beeinflusst, dass Wasser im Gleichgewicht mit den Reaktanten und dem gebildeten Polymer vorhanden ist. Die Polyesterifizierung erfolgt bei über 100 Grad Celsius, was zu sauren Halbestern führt, die durch das Öffnen des Anhydridrings entstehen, aber die Exothermie der Reaktion erhöht die Temperatur über 150 Grad, wenn die Halbester zu Polymeren mit Bildung von Wasserablaufprodukten kondensieren. Mit zunehmender Viskosität des Reaktionsgemisches (Begrenzung der Wasserentnahme) wird die Temperatur allmählich auf 220 Grad Celsius erhöht, um eine stetige Entwicklung des Wasserkondensats zu gewährleisten. Beachten Sie, dass Harze normalerweise 8 %-12 % des anfänglichen Ladungsgewichts als Kondensat verlieren (Nava, 2015). Da das gebildete Wasser das chemische Gleichgewicht behindert und die erreichbare Umwandlung begrenzt, ist die Entfernung von Wasser im letzteren Teil (bei höherer Umwandlung) entscheidend für die Entwicklung des gewünschten Molekulargewichts (MW), das die strukturelle Leistungsfähigkeit des Polyesters ergibt. In der Praxis muss Wasser kontinuierlich entfernt werden (z.B. durch Destillation), um die Reaktion bis zur Fertigstellung zu treiben. Bei Bedarf kann die Polyesterifizierung durch Einspritzen von Dampf in das Reaktionsgemisch rückgängig gemacht werden, um das vom Polymer erreichte EndmW zu kontrollieren.

Die Polyesterisierung erfolgt in der Regel in Gegenwart eines inerten Gases (z. B. Stickstoff oder CO2 ), um Verfärbungen zu verhindern. Die Rate des Inertgases wird in Richtung der letzten Stufe erhöht, um die Entfernung von Restwasser zu verbessern. Die Wasserentnahme kann auch durch azeotrope Destillation (mit Aromaten) oder durch die Verarbeitung unter Vakuum verbessert werden, wobei letztere in großen Prozessen selten eingesetzt wird.

Die Reaktionsgeschwindigkeit kann durch saure Katalysatoren, wie Paratoluensulfonsäure (PTSA) oder Tetrabutyltitanat, beschleunigt werden, aber Zinsalze (hydratisiertes Monobutylzinnoxid) werden bevorzugt, um die Produktstabilität während der Lagerung zu gewährleisten (Nava, 2015). Die Viskosität des gebildeten Polyesters begrenzt den Fortschritt der MW-Entwicklung, mit einem typischen Zahl-Durchschnitt-Molekulargewichtswert (Mn ) im Bereich von 1800-2500. Andere Nebenreaktionen (beeinflusst durch die Wahl der Reaktanten) können auch das Molekulargewichtswachstum beeinflussen, z.B.  Transesterifizierung , Bildung zyklischer Ester oder Addition.