DE3854796T2

DE3854796T2 - Verbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE3854796T2
Application number: DE3854796T
Authority: DE
Inventors: Tohru Yamamoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2008-04-01
Also published as: EP0287877B1; DE3854796D1; US4889876A; EP0287877A3; EP0287877A2

Description

Diese Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Insbesondere betrifft sie einen Verbundwerkstoff, der aus einem konjugierten Polymer besteht, das aus einem Metallalkoxid, einem Silankopplungsmittel und bei Bedarf einem organischen Monomer hergestellt ist, und über hohe mechanische Festigkeit, ausgezeichnete Wärmestabilität und Beständigkeit gegen Chemikalien verfügt und sich sehr gut bearbeiten läßt.
Anorganische Verbindungen (einschließlich organischer Polymere) verfügen über ausgezeichnete Wärmestabilität, mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegen Chemikalien. Organische Polymere andererseits sind biegsam und lassen sich sehr gut bearbeiten. Außerdem sind sie in organischen Lösungsmitteln löslich. Auch organische Polymere wie aromatische Polyamide, die über hohe Zugfestigkeit, hohe Elastizitätskoeffizienten und ausgezeichnete Wärmebeständigkeit verfügen, sind entwickelt worden.
Es sind Verbundwerkstoffe hergestellt worden, in denen die besonderen Eigenschaften anorganischer Verbindungen oder anorganischer Polymere mit denen organischer Polymere kombiniert sind. Diese Art Verbundwerkstoff kann beispielsweise durch folgende Verfahren hergestellt werden: 1) ein Verfahren, in dem ein Pulver einer anorganischen Substanz, z.B. ein Metallpulver, mit einem organischen Polymer vermischt wird; 2) ein Verfahren, bei dem eine anorganische Faser in ein organisches Polymer inkorporiert wird, und 3) ein Verfahren, bei dem Glasmikrohohlperlen in ein organisches Polymer inkorporiert werden. Weil die Verbundwerkstoffe, die man durch diese Verfahren erhält, jedoch alle im wesentlichen einfache Mischungen sind, die ein organisches Polymer und eine anorganische Substanz enthalten, ist ihre Wärmestabilität und mechanische Festigkeit nicht zufriedenstellend. Außerdem ist es schwierig, die anorganischen Substanzen gleichmäßig mit den organischen Polymeren zu vermischen, und ein kompliziertes Verfahren ist erforderlich, um eine gleichmäßige Mischung zu erhalten. Deshalb ist der erhaltene Verbundwerkstoff sehr teuer.
Um die vorstehend aufgeführten Probleme zu lösen, sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, mit denen dem anorganischen Material die Eigenschaften organischer Substanzen verliehen werden können. In einem dieser Verfahren werden spezifische Elemente chemisch an das anorganische Material gebunden, um dessen Eigenschaften zu verbessern. Beispielsweise wird Stickstoff in ein Kohlenstoffmaterial eingeführt, um ein Kohlenstoffnitrid herzustellen: Dadurch werden die Eigenschaften des Kohlenstoffmaterials verbessert. In einem anderen Verfahren wird die Bindung zwischen den Atomen der anorganischen Moleküle oder die Anordnung der anorganischen Moleküle verändert. Es gibt auch ein Verfahren, bei dem ein anorganisches Polymer mit einer Metallverbindung zur Umsetzung gebracht wird, oder ein Verfahren, bei dem eine organische funktionelle Gruppe in das Gerüst des anorganischen Polymeren eingebracht wird. Die durch solche Verfahren erhaltenen Verbindungen umfassen borhaltiges Silikonpolymer und stickstoffhaltiges anorganisches Polymer. Jedoch sind in solchen Verbundsubstanzen die anorganischen und die organischen Moleküle nicht auf molekularer Ebene gebunden. Diese Verbundwerkstoffe umfassen entweder das anorganische Polymer oder die organischen Polymere als Hauptkomponente, in die funktionelle Gruppen eingeleitet werden. Es kann auch ein Teil davon modifiziert werden. Folglich sind die Eigenschaften des erhaltenen Verbundwerkstoffs beinahe die gleichen wie die der Hauptkomponente (sie haben also die Eigenschaften des anorganischen Polymeren oder des organischen Polymeren). Außerdem werden beim Einbringen einer organischen funktionellen Gruppe in ein anorganisches Polymer ungebräuchliche und kostspielige Reagenzien verwendet. Darüber hinaus ist die Reaktion sehr heftig. Aus diesem Grund ist diese Art Verfahren für die praktische Anwendung nicht geeignet.
Im einzelnen offenbart EP-A-0 281 034, die nach dem Prioritätstag dieser Anmeldung veröffentlicht wurde, einen Verbundwerkstoff, der als wesentliche Komponente ein Polymer enthält, das aus Metallalkoxiden und Silankopplungsmitteln - wahlweise in Kombination mit organischen Monomeren - durch Hydrolyse und Polykondensation durch ein Gelverfahren hergestellt wird.
In GB-A-2 167 341 sind Polyorganoheterosiloxane beschrieben, die man durch hydrolytische Kondensation von Metallalkoxiden und Silankopplungsmitteln - wahlweise in Gegenwart von Vinylmonomeren - erhält.
Darüber hinaus sind in EP-A-0 263 428, die nach dem Prioritätstag dieser Anmeldung veröffentlicht wurde, Polymerisationsprodukte beschrieben, die man durch die Reaktion zwischen einem organischen Alkoxysilan und einem Ti- oder Zr-Alkoxid erhält. Wahlweise kann durch Bestrahlung eine Copolymerisation erfolgen. Auch in EP- A-0 078 548 sind Polykondensationsprodukte aus einem Silankopplungsmittel und einem Metallalkoxid - wahlweise in Kombination mit einem copolymerisierbaren Material wie Vinylmonomeren - offenbart.
DE-A-3 407 078 lehrt ein Vorkondensat, das sich für Beschichtungen eignet und aus einem Silankopplungsmittel und einem Metallalkoxid hergestellt ist.
Jedoch offenbart keine dieser früheren Veröffentlichungen die kombinierte Verwendung eines Säure- und Basekatalysators für die Herstellung einer Verbundsubstanz aus einem Polymer, das eine anorganische und eine organische Komponente wie in den Verbindungs- und Verfahrensansprüchen 1 bis 16 spezifisch definiert enthält.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff und die durch die Erfindung zur Verfügung gestellten Verfahren zu seiner Herstellung lösen die vorstehend für die herkömmlichen Werkstoffe und Verfahren aufgezählten Probleme.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist aus konjugierten Polymeren hergestellt, die eine anorganische und eine organische Komponente im ihrem Molekül enthalten. Diese Polymere sind aus Metallalkoxiden und Silankopplungsmitteln hergestellt und in den Ansprüchen 1 bis 4 definiert.
Einen weiteren erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff erhält man durch Brennen der vorstehend aufgeführten konjugierten Polymere.
Ein weiterer Verbundwerkstoff aus erfindungsgemäßen konjugierten Polyineren, die eine anorganische und eine organische Komponente in ihrem Molekül enthalten und aus Metallalkoxiden, organischen Monomeren und Silankopplungsmitteln bestehen, ist in den Ansprüchen 5 bis 7 definiert.
Einen weiteren erfindungsgemäßen Werkstoff erhält man durch Brennen der vorstehend aufgeführten konjugierten Polymere.
Die Erfindung stellt ein Verfahren für die Herstellung von Verbundwerkstoffen aus konjugierten Polymeren zur Verfügung. Dabei wird ein Säurekatalysator für Sol-Gel- Verfahren einer Lösung oder einer Dispersion zugesetzt, die Metallalkoxide, Silankopplungsmittel und Wasser enthält, um die Hydrolyse der Metallalkoxide und der Silankopplungsmittel auszulösen. Dann wird der Reaktionsmischung ein Basekatalysator für Sol-Gel-Verfahren zugesetzt, um die Polykondensation des Hydrolysats zu bewirken und die konjugierten Polymere zu bilden. Dieses Verfahren ist in den Ansprüchen 8 bis 12 definiert.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren für die Herstellung von aus gebrannten konjugierten Polymeren bestehenden Verbundwerkstoffen zur Verfügung, das den zusätzlichen Schritt des Brennens der vorstehend erwähnten konjugierten Polymere umfaßt.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren für die Herstellung von Verbundwerkstoffen aus konjugierten Polymeren zur Verfügung. Dabei wird ein Säurekatalysator für Sol-Gel-Verfahren einer Lösung oder einer Dispersion zugesetzt, die Metallalkoxide, Silankopplungsmittel und Wasser enthält, um die Hydrolyse der Metallalkoxide und der Silankopplungsmittel auszulösen. Dann werden der Reaktionsmischung erst organische Monomere und anschließend ein Basekatalysator für Sol-Gel-Verfahren zugesetzt. Unmittelbar danach wird die Reaktionsmischung mit UV-Licht und/oder einem Elektronenstrahl bestrahlt, so daß die Polykondensation des Hydrolysats mit der Polymerisation der organischen Monomere und des Hydrolysats des Silankopplungsmittels erfolgt und die konjugierten Polymere gebildet werden. Dieses Verfahren ist in den Ansprüchen 13 bis 16 definiert.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren für die Herstellung von Verbundwerkstoffen aus gebrannten konjugierten Polymeren zur Verfügung, das zusätzlich dem Schritt des Brennens der vorstehend aufgeführten konjugierten Polymere umfaßt.
Das Alkoxid ist mindestens ein aus der aus Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Al(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Ti(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Zr(O- n-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Ca(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, Fe(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, V(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Sn(O- t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Li(OC&sub2;H&sub5;), Be(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, B(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, P(OC&sub2;H&sub5;)&sub3; und P(OCH&sub3;)&sub3; bestehenden Gruppe ausgewähltes Alkoxid.
Der Katalysator für Sol-Gel-Verfahren ist eine Säure oder deren Anhydrid wie vorstehend definiert und eine organische Base, wobei es sich bei der organischen Base um ein tertiäres Amin handelt, das in Wasser im wesentlichen unlöslich und in organischen Lösungsmitteln löslich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das tertiäre Amin mindestens eine aus der aus N,N-Dimethylbenzylamin, Tributylamin, Tri-n-propylamin, Tripentylamin, Tripropargylamin, N,N,N-Trimethylethylendiamin und Tri- n-hexylamin bestehenden Gruppe ausgewählte Substanz.
Folglich löst die hier offenbarte Erfindung folgende Aufgaben:
(1) Sie stellt einen Verbundwerkstoff zur Verfügung, in dem die besonderen Eigenschaften einer anorganischen Verbindung, vor allem eines anorganischen Polymeren (d.h. anorganische Substanzen, die über kovalent gebundene wiederkehrende Einheiten verfügen), und einer organischen Verbindung kombiniert sind, d.h. es handelt sich um einen Verbundwerkstoff mit überlegener Wärmestabilität, mechanischer Festigkeit, Beständigkeit gegen Chemikalien, Flexibilität und Bearbeitbarkeit (Bearbeitbarkeit bedeutet Thermoplastizität, Löslichkeit in Lösungsmitteln, mechanische Bearbeitbarkeit usw.)
(2) Sie stellt einen Verbundwerkstoff zur Verfügung, der wegen seiner vorstehend aufgeführten überlegenen Eigenschaften als besonderer Anstrich (z.B. als wärmebeständiger oder isolierender Anstrich), als Dispergiermittel für einen faserverstärkten Verbundwerkstoff aus Metall oder Keramik, als Whiskermaterial, Fasermaterial, Mittel zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit verschiedener Polymerarten oder verschiedener Klebemittelarten geeignet ist.
(3) Sie stellt ein Verfahren für die Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit den vorstehend aufgeführten überlegenen Eigenschaften durch eine einfache Prozedur zur Verfügung.
Die Erfindung wurde deshalb gemacht, weil der Erfinder wußte, daß sich ein anorganisches Monomer wie Metallalkoxid und ein Silankopplungsmittel auf molekularer Ebene aneinander binden, wenn sie hydrolysiert und polykondensiert werden. Dadurch entsteht ein konjugiertes Polymer mit einer anorganischen Komponente und einer organischen Komponente.
Ferner beruht die Erfindung auf dem Wissen des Erfinders, daß sich das Metallalkoxid, das Silankopplungsmittel und das organische Monomer auf molekularer Ebene aneinander binden, wenn ein polymerisierbares organisches Monomer dem vorstehenden Reaktionssystem zugesetzt wird, um eine Polymerisationsreaktion zwischen dem organischen Monomer und dem Silankopplungsmittel zur gleichen Zeit wie die vorstehende Polykondensationsreaktion zu bewirken. Dabei entsteht ein konjugiertes Monomer mit einer anorganischen und einer organischen Komponente.
Die im erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff verwendeten Metallalkoxide erhält man durch Zusatz von Methanol, Ethanol, Isopropanol und anderen allgemein bekannten Alkoholen zu Metalloxiden wie Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titan(IV)-oxid und Zirconium(IV)-oxid. Beispielsweise kann man Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Al(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Ti(Oiso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Zr(O-n-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Ca(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, Fe(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, V(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Sn(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Li(OC&sub2;H&sub5;), Be(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, B(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, P(OC&sub2;H&sub5;)&sub3; und P(OCH&sub3;)&sub3; verwenden.
Das für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff verwendete Silankopplungsmittel wird aus folgenden Substanzen ausgewählt: (γ-Glycidoxypropyl-)trimethoxysilan, (γ- Glycidoxypropyl-)methyldiethoxysilan, (β-3,4-Epoxycyclohexyl-)ethyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltrichlorsilan, Vinyltris(β-methoxyethoxy-)silan, Vinyltriacetoxysilan, (γ-Methacryloxypropyl-)trimethoxysilan, N-β-(N-Vinylbenzylaminoethyl-)-γ-aminopropyltrimethoxysilanhydrochlorid, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan, γ-(2-Aminoethyl)-aminopropyltrimethoxysilan, γ-(2- Aminoethyl)-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Hexamethyldisilazan, γ-Anilinpropyltrimethoxysilan, γ-Chlorpropyltrimethoxysilan, γ- Chlorpropylmethyldimethoxysilan, Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan, Trimethylchlorsilan und Octadecyldimethyl-[3-(trimethoxysilyl)-propyl]-ammoniumchlorid sowie einer Mischung aus Aminosilanen. Für je 100 Gewichtsteile des Metallalkoxids werden 1 bis 300 Gewichtsteile, bevorzugt 10 bis 40 Gewichtsteile, des Silankopplungsmittels verwendet. Wenn man weniger als einen Gewichtsteil verwendet, werden die vernetzten Bereiche des erhaltenen Verbundwerkstoffs klein und Eigenschaften wie mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit sind denen von Verbundwerkstoffen mit mehr vernetzten Bereichen unterlegen. Außerdem wird die organische Komponente des Verbundwerkstoffs zu klein, wenn man kein organisches Monomer verwendet, und die Flexibilität und Bearbeitbarkeit sind dann nicht gut. Wenn man mehr als 300 Gewichtsteile des Silankopplungsmittels verwendet, unterscheiden sich die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs nicht wesentlich von denen, die man durch Verwendung einer geringeren Menge erhält. Außerdem wird die Herstellung dadurch verteuert.
Die organischen Monomere werden aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Dimethylformamid, Acrylnitril, Styrol, Methylacrylat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat und Ethylmethacrylat ausgewählt. Diese Art von organischem Monomer wird innerhalb der Grenzen von 3 bis 300 Gewichtsteilen, bevorzugt 1 bis 100 Gewichtsteilen, für je 100 Gewichtsteile des vorstehend erwähnten Metallalkoxids verwendet. Wenn man mehr als 300 Gewichtsteile verwendet, nehmen die anorganischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs ab.
Der Katalysator für das Sol-Gel-Verfahren (der verwendet wird, um die Hydrolyse- und Polykondensationsreaktionen des Metallalkoxids und des Silankopplungsmittels zu katalysieren) umfaßt Säuren, ihre Anhydride und organische Basen. Diese organischen Basen sind tertiäre Amine, die im wesentlichen in Wasser unlöslich und in organischen Lösungsmitteln löslich sind.
Als Säure für den Katalysator kann man Mineralsäure wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure usw. verwenden. Die gleiche Wirkung kann man bei Verwendung des Anhydrids von Mineralsäuren erzielen, z.B. mit Chlorwasserstoffgas. Auch organische Säuren und ihre Anhydride kann man verwenden, z.B. Weinsäure, Phthalsäure, Maleinsäure, Dodecylbernsteinsäure, Hexahydrophthalsäure, Methylendicsäure, Pyromellithsäure, Benzophenontetracarbonsäure, Dichlorbernsteinsäure, 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3-dicarbonsäure, Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methylendicsäureanhydrid, Pypromellithdisäureanhydrid, Benzophenontetracarbonsäureanhydrid, Dichlorbernsteinsäureanhydrid und 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3-dicarbonsäureanhydrid. Pro Mol Metallalkoxid können 0,01 oder mehr Mol, bevorzugt 0,01 bis 0,5 Mol, dieser Säuren verwendet werden. Wenn die Säuremenge weniger als 0,01 Mol beträgt, läuft die Hydrolyse der Metallalkoxide praktisch nicht ab.
Als tertiäre Amine für den Katalysator kann man N,N-Dimethylbenzylamin, Tributylamin, Tri-n-propylamin, Tripentylamin, Tripropargylamin, N,N,N-Trimthylethylendiamin, Tri-n-hexylamin usw. verwenden. Die tertiären Amine können in äquimolaren oder größeren Mengen als die Säure verwendet werden. Bevorzugt verwendet man sie in Mengen von 0,01 bis 0,06 Mol pro Mol des Metallalkoxids. Die zu verwendende Menge an tertiären Aminen kann innerhalb der vorstehend erwähnten Grenzen gewählt werden, wobei der Aufspaltungsgrad in Erwägung gezogen werden muß. Wenn zu wenig tertiäres Amin vorhanden ist, dann nimmt nach der Hydrolyse des Metalloxids die Polykondensationsgeschwindigkeit stark ab.
Als Lösungsmittel im Verfahren kann zusätzlich zu dem bei der Hydrolyse verwendeten Wasser ein organisches Lösungsmittel verwendet werden. Als organisches Lösungsmittel können mit Wasser mischbare oder teilweise in Wasser lösbare Lösungsmittel verwendet werden. Dazu gehören z.B. Methanol, Ethanol, Butanol, n-Propanol, Isopropanol, Pentanol, Hexanol, Aceton, Methylethylketon und Formamid.
Das konjugierte Polymer (d.h. der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff) wird durch die beiden folgenden Hauptverfahren hergestellt. Beim ersten Verfahren wird ein Polymer aus Metallalkoxiden und Silankopplungsmitteln hergestellt. Beim zweiten Verfahren wird ein Polymer aus Metallalkoxiden, Silankopplungsmitteln und organischen Monomeren hergestellt.
Beim ersten Verfahren wird z.B. das vorstehend erwähnte Metallalkoxid im organischen Lösungsmittel, z.B. Alkohol, aufgelöst. Der Konzentration des Metallalkoxids sind keine besonderen Grenzen gesetzt, aber normalerweise liegt sie zwischen 500 und 600 g/l. Als nächstes wird der Metallalkoxidlösung Wasser zugesetzt. Die zugegebene Wassermenge liegt im Verhältnis von 1 bis 30 Mol pro Mol des Metallalkoxids. Das Wasser kann zuvor mit dem Alkohol vermischt werden. Dazu wird ein Säurekatalysator (oder ein Katalysator aus einem Anhydrid) gegeben und die Mischung bei Raumtemperatur gerührt. Mit dieser Behandlung ist die Hydrolyse praktisch abgeschlossen. Dieser Mischung gibt man bei Bedarf einen Lichtsensibilisator zu. Als Lichtsensibilisator kann man Diacetyl u.ä. verwenden. Der Lichtsensibilisator beschleunigt die Photokondensationsreaktion, die durch die UV-Bestrahlung ausgelöst wird. Darüber hinaus können bei Bedarf auch andere Monomere und Polymere zugesetzt werden. Als Monomere kann man solche vom Vinyl- Typ und als Polymere Copolymere und Polymere, die aus Vinylchlorid, Vinylacetat, Butadien etc. polymerisiert wurden, verwenden. Diese Monomere und Polymere werden zu dem Zweck zugesetzt, die nachstehend beschriebenen Polymerisations- und Copolymerisationsreaktionen zu beschleunigen und ein homogenes, festes Polymer zu bilden. Der Lichtsensibilisator und andere Monomere oder Polymere können dem Reaktionssystem von Anfang an zugesetzt werden.
In diese Reaktionsmischung gibt man den Katalysator aus dem tertiären Amin (die andere der beiden Katalysatorformen) und bestrahlt die Mischung dann nach Bedarf durch UV-Licht und/oder einen Elektronenstrahl. Die Wellenlänge des UV-Lichts beträgt 250 nm oder weniger. Wenn diese Wellenlänge größer als 250 nm ist, werden die Radikalpolymerisation, Vernetzungsreaktion und Polykondensationsreaktion wahrscheinlich nicht in einem ausreichenden Maß ablaufen. Die Bestrahlungsdosis mit einem Elektronenstrahl kann im Bereich von 0,1 bis 50 Megarad liegen. Die Energiemenge ist bevorzugt 150 bis 200 kV. Wenn man weniger als 0,1 Megarad einsetzt, werden die Radikalpolymerisation, Vernetzungsreaktion und Polykondensationsreaktion wahrscheinlich nicht in einem ausreichenden Maß ablaufen. Mehr als 50 Megarad sind nicht erforderlich. Die Bestrahlungsvorrichtung für den Elektronenstrahl kann beispielsweise eine elektronische Bestrahlungsvorrichtung mit einem Flächenstrahl sein wie Curetron (Nisshin Denki Co.).
Durch die Zugabe der vorstehend erwähnten tertiären Amine wird die Polykondensationsreaktion des hydrolysierten Metallalkoxids und Silankopplungsmittels beschleunigt, und die Substanz geliert. Wenn das Silankopplungsmittel darüber hinaus eine Epoxidkomponente enthält, bewirken der Säure- und Basekatalysator eine Spaltung des Epoxidrings und es kommt zur Ringöffnungspolymerisation. Wenn eine Reaktionsmischung mit UV- Licht und/oder einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, steigen Radikale von den Vinylgruppen der Silankopplungsmittel auf und bewirken die Vernetzungsreaktion und Radikalpolymerisation (d.h. die Photopolymerisation oder Elektronenstrahlpolymerisation) des organischen Anteils des Silankopplungsmittels. Wenn man UV-Licht zur Bestrahlung verwendet, steigen die Radikale aus dem Lichtsensibilsator auf. Zusätzlich zu einem Elektronenstrahl und UV-Licht kann man auch andere Arten von Bestrahlung verwenden. Auch ein allgemeines Verfahren, in dem die Radikalpolymerisation durch Verwendung eines Aktivators zusammen mit Hitze durchgeführt wird, kann verwendet werden.
Auf diese Weise kann man dafür sorgen, daß die Hydrolyse und die Polykondensation des Metallalkoxids und des anorganischen Anteils des Silankopplungsmittels rasch ablaufen. Die Radikalpolymerisation (einschließlich einer Vernetzungspolymerisation) des organischen Anteils des Silankopplungsmittels kann ebenfalls beschleunigt werden. Die vorstehend erwähnten Reaktionen finden zwischen den Silankopplungsmitteln, zwischen den Metallalkoxiden und/oder dem Silankopplungsmittel und dem Metallalkoxid statt. Der anorganische Anteil des Silankopplungsmittels (d.h. der Siliciumdioxidanteil) wird in das Gerüst der aus dem Hydrolysat des Metallalkoxids hergestellten anorganischen Polymere aufgenommen oder bildet durch Polykondensation unter den Silankopplungsmitteln ein anorganisches Polymer. Der organische Anteil des Silankopplungsmittels, der am Siliciumatom hängt, bildet eine vernetzte Komponente mit einem organischen Anteil des anderen Silankopplungsmittelmoleküls.
Das auf diese Weise gebildete Polymer umfaßt lineare, durch die vorstehende Polykondensationsreaktion gebildete Moleküle, feine Teilchen mit einer dreidimensionalen Struktur, die durch eine Vernetzungsreaktion des linearen Moleküls gebildet wird, und/oder eine zusammenhängende, dreidimensionale Matrix, die durch die Ansammlung einer Anzahl der Polymerteilchen und die Fortsetzung weiterer Polykondensations- und Vernetzungsreaktionen gebildet wird. Diese Polymere haben einen anorganischen Polymeranteil, der durch Hydrolyse und Polykondensation des Metallalkoxids und Silankopplungsmittel gebildet wird, sowie einen organischen Anteil, der durch eine organische Komponente des Silankopplungsmittels gebildet wird. Dieser organische Anteil kann ein durch Polymerisation hergestelltes organisches Polymer sein. In anderen Worten, das Metallalkoxid und Silankopplungsmittel reagieren, um ein Polymer zu bilden, in dem das Metallalkoxid und das Silankopplungsmittel auf molekularer Ebene miteinander verbunden sind (dies kann man als konjugiertes Polymer betrachten, das als Hauptbestandteil einen anorganischen Anteil und als kleineren Bestandteil einen organischen Anteil aufweist).
Beim zweiten Verfahren wird zusätzlich zu dem im ersten Verfahren verwendeten Metallalkoxid und Silankopplungsmittel ein organisches Monomer verwendet. Das organische Monomer wird nach dem Säurekatalysator zugesetzt und nachdem im ersten Verfahren die Hydrolyse erfolgt ist. Dann wird während der Zugabe des tertiären Amins mit UV-Licht und/oder einem Elektronenstrahl bestrahlt. Dadurch steigen Radikale z.B. aus den Vinylgruppen des organischen Monomeren oder des Silankopplungsmittels auf, die die Radikalpolymerisation des organischen Monomeren und des organischen Anteils des Silankopplungsmittels in Gang setzen. Die Polymerisationsreaktion findet zwischen Molekülen des organischen Monomeren und dann zwischen Molekülen des organischen Monomeren und der anorganischen Anteile (d.h. Epoxidgruppen, Vinylgruppen, etc.) des Silankopplungsmittels statt. Auch kommt es zur Polymerisation zwischen den organischen Anteilen des Silankopplungsmittels. Diese Radikale steigen aus dem Lichtsensibilisator auf, wenn zur Bestrahlung UV-Licht verwendet wird. Wie beim ersten vorstehend erwähnten Verfahren können neben einem Elektronenstrahl und/oder UV-Licht auch andere Arten der Bestrahlung eingesetzt werden. Auch ein allgemeines Verfahren, bei dem die Polymerisation durch Verwendung eines Aktivators durchgeführt wird, kann eingesetzt werden.
Im zweiten vorstehend beschriebenen Verfahren erfolgen die Hydrolyse und die Polykondensation des Metallalkoxids und des anorganischen Anteils des Silankopplungsmittels. Auch die Radikalpolymerisation (einschließlich der Vernetzungsreaktion) läuft ab. Diese Reaktionen erfolgen zwischen den Metallalkoxiden, zwischen den Silankopplungsmitteln, zwischen den organischen Monomeren und/oder zwischen zwei oder drei dieser Komponenten. Der anorganische Anteil des Silankopplungsmittels (d.h. der Siliciumdioxidanteil) wird in das Gerüst der aus dem Hydrolysat des Metallalkoxids hergestellten anorganischen Polymermoleküle aufgenommen oder bildet durch Polykondensation zwischen den Silankopplungsmitteln ein anorganisches Polymer. Der organische Anteil des Silankopplungsmittels, das am Siliciumatom hängt, kann eine vernetzte Komponente mit einem organischen Anteil des anderen Moleküls des Silankopplungsmittels oder dem Molekül des organischen Monomeren bilden.
Die Struktur des durch das zweite Verfahren gebildeten Polymeren ist beinahe die gleiche wie beim ersten Verfahren. Im allgemeinen hat das Polymer jedoch eine kompliziertere vernetzte Struktur. Dieses Polymer hat einen anorganischen Polymeranteil, der durch Hydrolyse und Polykondensation eines Metallalkoxids und Silankopplungsmittels gebildet wird, und einen organischen Anteil, der aus dem organischen Monomer und den organischen Gruppen des Silankopplungsmittels abgeleitet ist. Dieser organische Anteil kann ein durch Polymerisation gebildetes organisches Polymer sein. In anderen Worten, das erhaltene Polymer ist ein konjugiertes Polymer, in dem das Metallalkoxid oder sein Polymer und das organische Monomer oder sein Polymer auf molekularer Ebene über das Silankopplungsmittel verbunden sind.
Um diese Art konjugiertes Polymer herzustellen, ist ein Katalysator für Sol-Gel-Verfahren wichtig. Als Katalysatoren für Sol-Gel-Verfahren sind Mineralsäuren allgemein bekannt; auch ihre Verwendung bei der Hydrolyse und Polykondensation von Metallalkoxid bei der Herstellung von Glas ist bekannt. Wenn jedoch diese Art Katalysator verwendet wird, sind Hydrolyse und Polykondensation des Metallalkoxids und des Silankopplungsmittels außergewöhnlich langsam und dauern Tage oder gar Wochen. Besonders wenn der Katalysator im zweiten Verfahren verwendet wird, sind die Hydrolyse- und Polykondensationsreaktionen des Metallalkoxids und des Silankopplungsmittels im Vergleich zur Polymerisation organischer Monomere außergewöhnlich langsam. Als Ergebnis bildet sich kein homogenes konjugiertes Polymer. Im Gegensatz dazu sind in der Erfindung wegen der Verwendung von vom Erfinder entwickelten Katalysatoren (d.h. Säuren und tertiäre Amine) für Sol-Gel-Verfahren die Hydrolyse- und/oder Polykondensationsreaktionen des Metallalkoxids und des Silankopplungsmittels stark beschleunigt. Deshalb wird ein homogenes konjugiertes Polymer gebildet. Die vorstehend erwähnten Reaktionen werden durch das tertiäre Amin beschleunigt. Das tertiäre Amin ist im wesentlichen unlöslich in Wasser und löslich in organischen Lösungsmitteln. Vor der Zugabe des tertiären Amins ist die Reaktionsmischung eine homogene Lösung, in der das Metallalkoxid und Silankopplungsmittel und/oder deren Hydrolysate in organischem Lösungsmittel und Wasser aufgelöst werden. Wenn es der homogenen Reaktionsmischung zugesetzt wird, kann das tertiäre Amin gleichförmig in der Reaktionsmischung dispergiert werden, um eine organische Phase zu bilden. Somit wird eine Schnittstelle der organischen Phase und der Wasserphase in der Reaktionsmischung zur Verfügung gestellt, an der das tertiäre Amin als Katalysator dient, um in situ eine Schnittstellenpolykondensationsreaktion zu beschleunigen. Folglich läuft die Polykondensationsreaktion gleichmäßig und rasch in der ganzen Reaktionsmischung ab und ergibt ein homogenes Polymer.
Durch die Herstellung dieses konjugierten Polymeren geliert das Reaktionssystem allgemein. Die Gelierzeit oder der Geliergrad hängt von der verwendeten Wassermenge und der Katalysatormenge für das Sol-Gel-Verfahren ab. Im allgemeinen ist es möglich, die Gelierzeit zwischen etwa 2 Sekunden und mehreren Dutzend Minuten zu steuern. Das Reaktionssystem kann ein Sol oder eine viskose Flüssigkeit werden, wenn man die Reaktionsbedingungen wie den Katalysator usw. verändert. Die Gelierzeit wird von dem Zeitpunkt an gemessen, da die Zugabe des tertiären Amins die Neutralisierung der Säure bewirkt, was den pH der Reaktionsmischung auf 7 bringt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren laufen die Polykondensationsreaktion (einschließlich der Vernetzungsreaktion) durch den Katalysator für die vorstehend erwähnten Sol-Gel-Verfahren und die durch UV-Licht oder einen Elektronenstrahl ausgelöste Radikalpolymerisationsreaktion bei niedrigen Temperaturen wie 20 bis 30ºC ab, so daß man problemlos ein konjugiertes Polymer erhält. Das erhaltene konjugierte Polymer enthält eine anorganische Komponente und eine organische Komponente im Molekül wie vorstehend und hat im allgemeinen eine vernetzte Struktur. Aus diesem Grund ist es sehr fest und verfügt über ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, hohe Flexibilität und überlegene Bearbeitbarkeit. Das heißt, die Vorteile eines anorganischen Polymeren und eines organischen Polymeren sind darin kombiniert.
Das in der vorstehenden Reaktion hergestellte Gel, Sol oder die viskose Lösung kann in einem hitzebeständigen Anstrich verwendet werden. Diese Art Anstrich haftet an den Substraten, auf die sie aufgebracht wird. Aus einem Polymer, das man durch Entfernen von Lösungsmittel aus der Reaktionsmischung erhält, kann man Whisker herstellen.
Der auf diese Weise erhaltene Verbundwerkstoff (d.h. das konjugierte Polymer) kann gebrannt werden. Dabei wird der organische Anteil wegen Zersetzung denaturiert, was einen Verbundwerkstoff mit stark anorganischen Eigenschaften ergibt. Die Brenntemperatur liegt bevorzugt im Bereich von 300 bis 1300ºC. Das erhaltene konjugierte Polymer ist im Vergleich zu seinem Zustand vor dem Brennen viel fester, härter und beständiger gegen Chemikalien. Außerdem ist der Haftungsgrad zum Basismaterial, wenn das gebrannte konjugierte Polymer als Anstrich verwendet werden soll, verglichen mit dem Zustand vor dem Brennen kaum verändert. Man nimmt an, daß diese Eigenschaften gebrannter konjugiertes Polymere auf die Gegenwart von Komponenten zurückzuführen sind, die in den organischen Komponenten im Molekül ihren Ursprung haben. In dieser Hinsicht ist das gebrannte konjugierte Polymer anders als das nur aus Metallalkoxid hergestellte anorganische Polymer.
Diese Art erfindungsgemäßer Werkstoff, bei dem es sich um ein ungebranntes oder gebranntes konjugiertes Polymer handelt, hat einige Eigenschaften, die charakteristisch für anorganische Verbindungen, und andere Eigenschaften, die charakteristisch für organische Verbindungen sind. Für diesen Verbundwerkstoff gibt es unter anderem folgende Anwendungsmöglichkeiten: als spezielle Anstriche mit Hitzebeständigkeit oder Beständigkeit gegen Chemikalien, als Dispergiermittel für faserverstärkte Metall- oder Keramikverbundwerkstoffe, als Whiskermaterial, als Fasermaterial mit einer Zugfestigkeit und einem Biegsamkeitsverhältnis, das den Werten von Fasern aus aromatischem Polyamid vergleichbar ist, als Material zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit in verschiedenen Klebstoffarten (z .B. Polyimidklebstoffen, Epoxidklebstoffen usw.). Die Hitzebeständigkeit dieser Art ungebrannter Substanz ist 350ºC oder mehr und die Zugfestigkeit 100 kg/mm² mit einem Dehnungsprozentsatz von 400 % oder mehr. Die Hitzebeständigkeit des gebrannten Verbundwerkstoffs ist 1350ºC, das Biegsamkeitsverhälthis 1,2 tons/mm² und die Zugfestigkeit 200 kg/mm². Die Herstellung des erfindungsgemäßen konjugierten Polymeren beinhaltet die Zugabe einer Verbindung, die Chalkogene, Stickstoff usw. enthält, zur Metallalkoxidlösung. Dadurch wird dem erhaltenen Verbundwerkstoff Leitfähigkeit für Elektrizität oder Licht verliehen. Beispiel 1 Komponenten Mengen (Molverhältnis) Ethylsilicat Ethanol Wasser Salzsäure (γ-Glycidoxypropyl)trimethoxysilan (Tore Silikon SH6040) N,N-Dimethylbenzylamin Anmerkung(a): Berechnet bezogen auf Chlorwasserstoff.
Nach dem Vermischen von Ethanol, Ethylsilicat, Salzsäure und Wasser wurde (γ-Glycidoxypropyl)trimethoxysilan (d.h. Silankopplungsmittel) zugesetzt und die Mischung gerührt. Dieser Mischung gab man N,N-Dimethylbenzylamin zu. Gleichzeitig wurde eine elektronische Bestrahlungsvorrichtung mit Flächenstrahl (Curetron; Nisshin Denki Co.) dazu eingesetzt, um die Mischung 0,9 Sekunden mit einem Elektronenstrahl von 40 Megarad zu bestrahlen. Zur Zeit der Bestrahlung war die Temperatur der Mischung 25ºC. Die erhaltene viskose Flüssigkeit wurde zu einem Faden gesponnen. Die Zugfestigkeit dieses Fadens war 100 kg/mm² oder mehr, der Dehnungsprozentsatz 400 % oder mehr und die Hitzebeständigkeit 800ºC oder mehr.

Beispiel 2

Ein Faden aus dem in Beispiel 1 erhaltenen Verbundwerkstoff wurde eine Stunde bei 1000ºc gebrannt und dann wie in Beispiel 1 gesponnen. Die Zugfestigkeit dieses Fadens betrug 200 kg/mm², der Elastizitätsmodul 1,2 tons/mm² und die Hitzebeständigkeit 800ºC oder mehr. Beispiel 3 Komponenten Mengen (Molverhältnis) Ethylsilicat Titantetraisopropoxid Aluminiumtriisopropoxid Ethanol (γ-Glycidoxypropyl) trimethoxysilan (Tore Silikon SH6040) Wasser Salzsäure N,N-Dimethylbenzylamin Anmerkung(a): Berechnet bezogen auf Chlorwasserstoff.
Metallalkoxide (d.h. Ethylsilicat, Titantetraisopropoxid und Aluminiumtriisopropoxid), Ethanol, γ-(Glycidoxypropyl)trimethoxysilan und Wasser wurden vermischt und die Mischung mit Salzsäure versetzt. Dann wurde N,N-Dimethylbenzylamin zugesetzt und eine Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl von 30 Megarad 0,4 Sekunden lang durchgeführt. Das erhaltene Sol wurde auf die Oberflächen verschiedener Substratarten aufgebracht, so daß es nach dem Trocknen eine Dicke von 20 um aufwies. Als Substrate verwendete man Platten aus rostfreiem Stahl (SAS 304 und SAS 430), Weichstahlplatten und Plastikplatten (Polymethylmethacrylat oder PMMA). Die beiden ersten gestrichenen Substrate wurden 15 Minuten bei 150ºC in einem Inkubationstrog getrocknet. Die Plastikplatte wurde bei Raumtemperatur getrocknet. Die erhaltenen beschichteten Substrate wurden durch JIS K 5400 (d.h. die allgemeinen Testverfahren für Farbe) auf die nachstehend in Tabelle 1 aufgeführten Eigenschaften getestet; Tabelle 1 zeigt auch die Ergebnisse. Tabelle 1 SAS 304 und SAS 430 Plastiksubstrat Weichstahlsubstrat Hitzebeständigkeit Schlagzähigkeit Haftung Härte (Bleistiftmaßstab) mehr als 6 H mehr als 6 H mehr als 6 H Säurefestigkeit (gegen 5%ige H&sub2;SO&sub4;, 24 h) Laugenfestigkeit (gegen 5%iges NaOH, 24 h) Wasserfestigkeit (kochendes Wasser, 2 h) Festigkeit gegen NaCl-Losung (Spray, 100 h) mehr als unverändert

Beispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß das Molverhältnis von Wasser zu Metallalkoxid 10 betrug. Die erhaltenen Ergebnisse waren ähnlich wie in Beispiel 3.

Beispiel 5

Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß das Molverhältnis von Wasser zu Metallalkoxid 8 betrug. Die erhaltenen Ergebnisse waren ähnlich wie in Beispiel 3.

Beispiel 6

Die Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 3 mit dem Unterschied, daß als Metallalkoxid 2,5 g Zirconium-t-butoxid zugesetzt wurden. Das erhaltene Sol wurde auf die Oberflächen eines elektrischen Kupferdrahts (mit 2 mm Durchmesser) aufgebracht, so daß die Dicke nach dem Trocknen 20 um betrug. Dann wurde die Anordnung erwärmt und getrocknet. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des für den elektrischen Draht verwendeten Kupfers war extrem hoch, doch selbst wenn das aufgebrachte Material auf 300 bis 400ºC erhitzt wurde, blieb die Haftung der aufgebrachten Schicht auf dem Basismaterial (d.h. dem elektrischen Draht) gut und es gab keine Risse o.ä. Beispiel 7 Komponenten Mengen (Molverhältnis) Ethylsilicat Ethanol Wasser Salzsäure (γ-Glycidoxypropyl)trimethoxysilan (Tore Silikon SH6040) Acrylsäure N,N-Dimethylbenzylamin Anmerkung(a): Berechnet bezogen auf Chlorwasserstoff.
Zu einer Mischung aus Ethanol, Ethylsilicat, Wasser und γ-(Glycidoxypropyl)trimethoxysilan (d.h. Silankopplungsmittel) wurde Salzsäure gegeben und die Mischung gerührt. Dieser Mischung gab man Acrylsäure zu, und während der Zugabe von N,N-Dimethylbenzylamin wurde eine elektronische Bestrahlungsvorrichtung mit Flächenstrahl (Curetron; Nisshin Denki Co.) dazu eingesetzt, um die Mischung 0,9 Sekunden mit einem Elektronenstrahl von 40 Megarad zu bestrahlen. Zur Zeit der Bestrahlung war die Temperatur der Mischung 25ºC. Die erhaltene viskose Flüssigkeit wurde zu einem Faden gesponnen. Die Zugfestigkeit dieses Fadens war 100 kg/mm² oder mehr, der Dehnungsprozentsatz 400 % oder mehr und die Hitzebeständigkeit 500ºC oder mehr.

Beispiel 8

Ein Faden aus dem in Beispiel 7 erhaltenen Verbundwerkstoff wurde eine Stunde bei 10000 gebrannt. Die Zugfestigkeit dieses Fadens betrug 200 kg/mm², der Elastizitätsmodul 1,2 tons/mm² und die Hitzebeständigkeit 1350ºC oder mehr.

Beispiel 9

Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß 1,42 g Acrylnitril (Molverhältnis 0,2) zusammen mit dem N,N-Dimethylbenzylamin zugesetzt wurden. Beschichtete Platten aus rostfreiem Stahl und Weichstahl wurden bei 150ºC getrocknet und 3 Minuten bei 300ºC erhitzt. Diese beschichteten Platten wurden nach JIS K 5400 (d.h. die allgemeinen Testverfahren für Anstriche) auf die in Tabelle 1 aufgeführten Eigenschaften getestet. Die Ergebnisse waren ähnlich wie in Beispiel 3.

Beispiel 10

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß das Molverhältnis von Wasser zu den Metallalkoxiden 10 betrug. Die erhaltenen Ergebnisse waren ähnlich wie in Beispiel 9.

Beispiel 11

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß das Molverhältnis von Wasser zu den Metallalkoxiden 8 betrug. Die erhaltenen Ergebnisse waren ähnlich wie in Beispiel 9. Beispiel 12 Komponenten Mengen (Molverhältnis) Ethylsilicat Titantetraisopropoxid Aluminiumtriisopropoxid Zirconiumtetra-n-butoxid Ethanol (γ-Glycidoxypropyl) trimethoxysilan (Tore Silikon SH6040) Wasser Salzsäure Acrylsäure N,N-Dimethylbenzylamin Anmerkung(a): Berechnet bezogen auf Chlorwasserstoff.
Unter Verwendung der vorstehenden Komponenten stellte man durch ein ähnliches Verfahren wie Beispiel 6 einen elektrischen Draht her. Als der beschichtete Draht bei 300 bis 400ºC erhitzt wurde, blieb die Haftung der aufgebrachten Schicht auf dem Substrat (d.h. dem elektrischen Draht) gut und es traten keine Risse o.ä. auf.

Claims

1. Verbundwerkstoff, hergestellt aus einem Polymer, das eine anorganische Komponente und eine organische Komponente im Molekül enthält, wobei das Polymer durch ein Verfahren mit folgenden Schritten erhalten wird:

Zusatz mindestens eines Säurekatalysators, der aus der aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Weinsäure, Phthalsäure, Maleinsäure, Dodecylbernsteinsäure, Hexahydrophthalsäure, Methylendicsäure, Pyromellithsäure, Benzophenontetracarbonsäure, Dichlorbernsteinsäure, 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3-dicarbonsäure, Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methylendicsäureanhydrid, Pypromellithdisäureanhydrid, Benzophenontetracarbonsäureanhydrid, Dichlorbernsteinsäureanhydrid und 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3- dicarbonsäureanhydrid bestehenden Gruppe ausgewählt ist,

zu einer Mischung, die mindestens ein Silankupplungsmittel aus der aus (γ-Glycidoxypropyl-)trimethoxysilan, (γ-Glycidoxypropyl-)methyldiethoxysilan, (β-3,4-Epoxycyclohexyl-)ethyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltrichlorsilan, Vinyltris(β-methoxyethoxy-)silan, Vinyltriacetoxysilan, (γ-Methacryloxypropyl-)trimethoxysilan, N-β-(N-Vinylbenzylaminoethyl-)-γ-aminopropyltrimethoxysilanhydrochlorid, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan, γ- (2-Aminoethyl)-aminopropyltrimethoxysilan, γ-(2- Aminoethyl)-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ- Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Hexamethyldisilazan, γ-Anilinpropyltrimethoxysilan, γ-Chlorpropyltrimethoxysilan, γ-Chlorpropylmethyldimethoxysilan, Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan, Trimethylchlorsilan und Octadecyldimethyl-[3-(trimethoxysilyl)-propyl]-ammoniumchlorid bestehenden Gruppe, mindestens aus der aus Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Al(O- iso-C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Ti(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Zr(O-n- C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Ca(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, Fe(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, V(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Sn(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Li(OC&sub2;H&sub5;), Be(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, B(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, P(OC&sub2;H&sub5;)&sub3; und P(OCH&sub3;)&sub3; bestehenden Gruppe ausgewähltes Alkoxid, Wasser und wahlweise mindestens ein organisches Lösungsmittel, das mit Wasser mischbar ist oder teilweise in Wasser aufgelöst werden kann, enthält, um die Hydrolyse des oder der Alkoxide und des oder der Silankupplungsmittel zu bewirken, und

Zusatz eines in Wasser im wesentlichen unlöslichen und in organischen Lösungsmitteln im wesentlichen löslichen tertiären Amins als basischer Katalysator zur Reaktionsmischung, um die Polykondensation des Hydrolysats des oder der Alkoxide und des Hydrolysats des oder der Silankupplungsmittel zur Herstellung des Polymeren zu bewirken,

wobei der oder die Säurekatalysatoren in einer Menge von 0,01 Mol oder mehr pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt werden und das oder die Silankupplungsmittel in einer Menge von 1 bis 300 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des oder der Alkoxide enthalten ist und der basische Katalysator in einer der des Säurekatalysators äquimolaren oder größeren Menge zugesetzt wird.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, bei dem das tertiäre Amin mindestens eine aus der aus N,N-Dimethylbenzylamin, Tributylamin, Tri-n-propylamin, Tripentylamin, Tripropargylamin, N,N,N-Trimethylethylendiamin und Tri-n-hexylamin bestehenden Gruppe ausgewählte Substanz ist.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verfahren außerdem die Schritte der Bestrahlung der Reaktionsmischung mit UV-Licht oder einem Elektronenstrahl nach Zugabe des basischen Katalysators umfaßt.

4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der oder die Säurekatalysatoren in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt werden und der basische Katalysator in einer Menge von 0,01 bis 0,06 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt wird.

5. Verbundwerkstoff, hergestellt aus einem Polymer, das eine anorganische Komponente und eine organische Komponente im Molekül enthält, wobei das Polymer durch ein Verfahren mit folgenden Schritten erhalten wird:

Zusatz mindestens eines Säurekatalysators, der aus der aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Weinsäure, Phthalsäure, Maleinsäure, Dodecylbernsteinsäure, Hexahydrophthalsäure, Methylendicsäure, Pyromellithsäure, Benzophenontetracarbonsäure, Dichlorbernsteinsäure, 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3-dicarbonsäure, Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methylendicsäureanhydrid, Pypromellithdisäureanhydrid, Benzophenontetracarbonsäureanhydrid, Dichlorbernsteinsäureanhydrid und 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3- dicarbonsäureanyhdrid bestehenden Gruppe ausgewählt ist,

zu einer Mischung, die mindestens ein Silankupplungsmittel aus der aus (γ-Glycidoxypropyl-)trimethoxysilan, (γ-Glycidoxypropyl-)methyldiethoxysilan, (β-3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltrichlorsilan, Vinyltris(β-methoxyethoxy)-silan, Vinyltriacetoxysilan, (γ-Methacryloxypropyl)-trimethoxysilan, N-β- (N-Vinylbenzylaminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilanhydrochlorid, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan, γ-(2-Aminoethyl-)aminopropyltrimethoxysilan, γ-(2-Aminoethyl-)-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Hexamethyldisilazan, γ-Anilinpropyltrimethoxysilan, γ- Chlorpropyltrimethoxysilan, γ-Chlorpropylmethyldimethoxysilan, Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan, Trimethylchlorsilan und Octadecyldimethyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]-ammoniumchlorid bestehenden Gruppe, mindestens ein aus der aus Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Al(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Ti(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O- t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Zr(O-n-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Ca(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, Fe(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, V(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Sn(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Li(OC&sub2;H&sub5;), Be(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, B(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, P(OC&sub2;H&sub5;)&sub3; und P(OCH&sub3;)&sub3; bestehenden Gruppe ausgewähltes Alkoxid, Wasser und wahlweise mindestens ein organisches Lösungsmittel, das mit Wasser mischbar ist oder teilweise in Wasser aufgelöst werden kann, enthält, um die Hydrolyse des oder der Alkoxide und des oder der Silankupplungsmittel zu bewirken, und

Zusatz mindestens eines organischen, aus der aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Dimethylformamid, Acrylnitril, Styrol, Methylacrylat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat und Ethylmethacrylat bestehenden Gruppe ausgewählten Monomeren zur Reaktionsmischung und

Zusatz eines in Wasser im wesentlichen unlöslichen und in organischen Lösungsmitteln im wesentlichen löslichen tertiären Amins als basischer Katalysator zur Reaktionsmischung und deren Bestrahlung mit UV- Strahlen oder einem Elektronenstrahl, um die Polykondensation des Hydrolysats des oder der Alkoxide und des Hydrolysats des oder der Silankupplungsmittel Polymerisation zur Herstellung des Polymeren zu bewirken,

wobei der oder die Säurekatalysatoren in einer Menge von 0,01 Mol oder mehr pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt werden und das oder die Silankupplungsmittel in einer Menge von 1 bis 300 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des oder der Alkoxide enthalten ist, der basische Katalysator in einer der Menge des Säurekatalysators äquimolaren oder größeren Menge zugesetzt wird, und das oder die organischen Monomere in einer Menge von 3 bis 300 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des oder der Alkoxide enthalten ist.

6. Werkstoff nach Anspruch 5, bei dem das tertiäre Amin mindestens eine aus der aus N,N-Dimethylbenzylamin, Tributylamin, Tri-n-propylamin, Tripentylamin, Tripropargylamin, N,N,N-Trimethylethylendiamin und Tri-n-hexylamin bestehenden Gruppe ausgewählte Substanz ist.

7. Werkstoff nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der oder die Säurekatalysatoren in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt werden und der basische Katalysator in einer Menge von 0,01 bis 0,06 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus einem Polymer, das eine anorganische Komponente und eine organische Komponente im Molekül enthält, mit folgenden Schritten erhalten wird:

Zusatz mindestens eines Säurekatalysators, der aus der aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Weinsäure, Phthalsäure, Maleinsäure, Dodecylbernsteinsäure, Hexahydrophthalsäure; Methylendicsäure, Pyromellithsäure, Benzophenontetracarbonsäure, Dichlorbernsteinsäure, 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3-dicarbonsäure, Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methylendicsäureanhydrid, Pypromellithdisäureanhydrid, Benzophenontetracarbonsäureanhydrid, Dichlorbernsteinsäureanhydrid und 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3- dicarbonsäureanyhdird bestehenden Gruppe ausgewählt ist,

zu einer Mischung, die mindestens ein Silankupplungsmittel aus der aus (γ-Glycidoxypropyl-)trimethoxysilan, (γ-Glycidoxypropyl-)methyldiethoxysilan, (β-3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltrichlorsilan, Vinyltris(β-methoxyethoxy)-silan, Vinyltriacetoxysilan, (γ-Methacryloxypropyl)-trimethoxysilan, N-β- (N-Vinylbenzylaminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilanhydrochlorid, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan, γ-(2-Aminoethyl)-aminopropyltrimethoxysilan, γ-(2-Aminoethyl-)-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Hexamethyldisilazan, γ-Anilinpropyltrimethoxysilan, γ- Chlorpropyltrimethoxysilan, γ-Chlorpropylmethyldimethoxysilan, Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan, Trimethylchlorsilan und Octadecyldimethyl-[3-(trimethoxysilyl)-propyl)-ammoniumchlorid bestehenden Gruppe, mindestens aus der aus Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Al(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Ti(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O- t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Zr(O-n-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Ca(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, Fe(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, V(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Sn(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Li(OC&sub2;H&sub5;), Be(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, B(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, P(OC&sub2;H&sub5;)&sub3; und P(OCH&sub3;)&sub3; bestehenden Gruppe ausgewähltes Alkoxid, Wasser und wahlweise mindestens ein organisches Lösungsmittel, das mit Wasser mischbar ist oder teilweise in Wasser aufgelöst werden kann, enthält, um die Hydrolyse des oder der Alkoxide und des oder der Silankupplungsmittel zu bewirken, und

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das tertiäre Amin mindestens eine aus der aus N,N-Dimethylbenzylamin, Tributylamin, Tri-n-propylamin, Tripentylamin, Tripropargylamin, N,N,N-Trimethylethylendiamin und Tri-n-hexylamin bestehenden Gruppe ausgewählte Substanz ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das Verfahren außerdem die Schritte der Bestrahlung der Reaktionsmischung mit UV-Licht oder einem Elektronenstrahl nach Zugabe des basischen Katalysators umfaßt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem der oder die Säurekatalysatoren in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt werden und der basische Katalysator in einer Menge von 0,01 bis 0,06 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das Wasser für die Hydrolyse in einer Menge von 1 bis 30 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus einem Polymer, das eine anorganische Komponente und eine organische Komponente im Molekül enthält, mit folgenden Schritten:

Zusatz mindestens eines Säurekatalysators, der aus der aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Weinsäure, Phthalsäure, Maleinsäure, Dodecylbernsteinsäure, Hexahydrophthalsäure; Methylendicsäure, Pyromellithsäure, Benzophenontetracarbonsäure, Dichlorbernsteinsäure, 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3-dicarbonsäure, Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureannydrid, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methylendicsäureanhydrid, Pypromellithdisäureanhydrid, Benzophenontetracarbonsäureanhydrid, Dichlorbernsteinsäureanhydrid und 1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-norbonen-2,3- dicarbonsäureanyhdird bestehenden Gruppe ausgewählt ist,

zu einer Mischung, die mindestens ein Silankupplungsmittel aus der aus (γ-Glycidoxypropyl-)trimethoxysilan, (γ-Glycidoxypropyl-) methyldiethoxysilan, (β-3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltrichlorsilan, Vinyltris(β-methoxyethoxy)-silan, Vinyltriacetoxysilan, (γ-Methacryloxypropyl)-trimethoxysilan, N-β-(N-Vinylbenzylaminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilanhydrochlorid, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan, γ- (2-Aminoethyl)-aminopropyltrimethoxysilan, γ-(2- Aminoethyl-)-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ- Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Hexamethyldisilazan, γ-Anilinpropyltrimethoxysilan, γ-Chlorpropyltrimethoxysilan, γ-Chlorpropylmethyldimethoxysilan, Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan, Trimethylchlorsilan und Octadecyldimethyl-[3-(trimethoxysilyl)-propyl]-ammoniumchlorid bestehenden Gruppe, mindestens aus der aus Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Al(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Ti(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O- t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Zr(O-n-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Ca(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, Fe(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, V(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Sn(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Li(OC&sub2;H&sub5;), Be(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, B(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, P(OC&sub2;H&sub5;)&sub3; und P(OCH&sub3;)&sub3; bestehenden Gruppe ausgewähltes Alkoxid, Wasser und wahlweise mindestens ein organisches Lösungsmittel, das mit Wasser mischbar ist oder teilweise in Wasser aufgelöst werden kann, enthält, um die Hydrolyse des oder der Alkoxide und des oder der Silankupplungsmittel zu bewirken, und

Zusatz mindestens eines aus der aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Dimethylformamid, Acrylnitril, Styrol, Methylacrylat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat und Ethylmethacrylet bestehenden Gruppe ausgewählten organischen Monomeren zur Reaktionsmischung

Zusatz eines in Wasser im wesentlichen unlöslichen und in organischen Lösungsmitteln im wesentlichen löslichen tertiären Amins als basischer Katalysator zur Reaktionsmischung und deren Bestrahlung mit UV- Strahlung oder einem Elektronenstrahl, um die Polykondensation des Hydrolysats des oder der Alkoxide und des Hydrolysats des oder der Silankupplungsmittel zur Herstellung des Polymeren zu bewirken,

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das tertiäre Amin mindestens eine aus der aus N,N-Dimethylbenzylamin, Tributylamin, Tri-n-propylamin, Tripentylamin, Tripropargylamin, N,N,N-Trimethylethylendiamin und Tri-n-hexylamin bestehenden Gruppe ausgewählte Substanz ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der oder die Säurekatalysatoren in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt werden und der basische Katalysator in einer Menge von 0,01 bis 0,06 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Wasser für die Hydrolyse in einer Menge von 1 bis 30 Mol pro 1 Mol des oder der Alkoxide zugesetzt wird.