Verfahren zur Einleitung einer aeroben radikalischen Homo- oder Copolymerisation Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einleitung einer aeroben radikalischen Polymerisation oder Copo- lymerisation äthylenisch ungesättigter Monomere in einer Mischung, insbesondere einer solchen, die mono mere Acrylate,
Peroxydpolymerisationsinitiatoren und Triarylborankomplexe enthält.
Es ist bekannt, dass Verbindungen, die äthyleni- sche Doppelbindungen enthalten, mit Hilfe von Per oxyden polymerisiert werden können. Aus der USA- Patentschrift 2<B>985</B> 633 ist es bekannt, dass bestimmte borhaltige Verbindungen bei Behandlung mit Sauer stoff ebenfalls als Katalysatoren für die Polymerisation von Äthylen unter Druck verwendbar sind. Es ist wei terhin bekannt, dass bei Anwesenheit von Luft bzw.
Sauerstoff die Polymerisationsgeschwindigkeit bei eini gen Polymerisationssystemen nachteilig beeinflusst und die Reaktion bisweilen vollständig gehemmt wird. Die ser hemmende Einfluss ist insbesondere bei Systemen, wo man die Polymerisation in Gegenwart von viel Luft durchführen muss oder wo das System bei der Hand habung mit Luft gesättigt wird, wie es z. B. bei der An wendung von Zahnfüllmassen, Klebstoffen und Versie- gelungs- bzw.
Dichtungsmassen der Fall ist, sehr nach teilig, da die Polymerisation hierbei im allgemeinen un zuverlässig bzw. unvollständig verläuft und spezielle Vorsichtsmassnahmen getroffen werden müssen, um praktisch luftfreie Bedingungen zu gewährleisten.
Es wurde nun gefunden, dass bei Zugabe bestimm ter Komplexe von Triarylboranen zu polymerisierbaren Gemischen aus äthylenischen Monomeren und Per oxydkatalysatoren die erhaltenen Massen selbst in Ge genwart von Luft leicht aktivierbar sind und brauch bare Polymerisate liefern.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur In- itiierung der über freie Radikale verlaufenden Polyme- risation von Massen, die luft- bzw.
sauerstoffempfind liche Acryl-Monomere und freie Radikale liefernde In- itiatoren enthalten, in Gegenwart von Luft, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein Monomer oder ein Monomerengemisch, welches mindestens ein sauerstoffempfindliches Acrylsäurederivat enthält, in Mischung mit einem Triarylborankomplex und einem Radikalbildner unter aeroben Bedingungen erwärmt und/oder mit einer Säure mischt, um die Zersetzung des als Polymerisationsinhibitor wirkenden Komplexes zu bewirken.
Die erfindungsgemäss zu polymerisierende Mischung ist z. B. als überzugsmittel (im allgemeinsten Sinne, einschliesslich als Klebstoffe) brauchbar und kann ausserdem als Form-, Einbettungs-, Dichtungs- und Versiegelungsmassen verwendet werden. Der Be quemlichkeit halber werden die für die erfindungsge- mässen Zwecke verwendeten Acrylatmonomeren im Anschluss hieran als Monomere vom Acrylattyp be zeichnet.
Die zur Verwendung im erfindungsgemässen Ver fahren geeigneten Monomeren vom Acrylattyp sind solche, die gegenüber Luft bzw. Sauerstoff empfindlich sind und sich unter Verwendung von freie Radikale liefernden Initiatoren, wie z. B. Benzoylperoxyd, Azo- bisisobutyronitril und tert.- Butylhydroperoxyd, norma lerweise nur unter gewissen Schwierigkeiten polymeri sieren lassen, es sei denn, man führt die Polymerisation unter nahezu vollständiger Abwesenheit von Sauerstoff aus.
Obgleich die erfindungsgemäss zu verwendende Mischung ganz allgemein aus sämtlichen der im An- schluss hieran beschriebenen Monomeren vom Acry- lattyp hergestellt werden können, werden die zur Zeit bevorzugten Massen unter Verwendung von Monome- ren hergestellt, deren Polymerisation durch ihren Ge halt an gelöstem Sauerstoff gehemmt wird, die jedoch nicht rasch weiteren Sauerstoff lösen.
Diese Monome- ren können also dadurch gekennzeichnet werden, dass sie normalerweise gegenüber Sauerstoff empfindlich sind, durch diesen jedoch nicht vollständig inaktiviert werden, und dass sie gewöhnlich unter drastischen Be dingungen, wie bei erhöhter Temperatur und/oder hoher Katalysatorkonzentration, polymerisierbar sind, insbesondere wenn sie gegenüber der Aufnahme weite ren gelösten Sauerstoffs geschützt werden,
wie durch Fluten der Oberfläche mit einem Inertgas oder - wie es bei bestimmten Zahnfüllmassen durchgeführt wird durch Bedecken mit einem sauerstoffundurchlässigen überzug aus Wachs oder einem Folienmaterial oder dergleichen.
Eine besonders wertvolle Klasse von Monomeren sind diejenigen Verbindungen, die an einem normaler weise nicht reaktionsfähigen Molekülkern zwei polyme- risierbare Gruppen aufweisen. Bevorzugte Verbindun gen innerhalb dieser Klasse sind die Bisacrylate und Bismethacrylate von komplizierten Glykolen.
Da manche erfindungsgemäss verwendbaren Mischungen durch Säuren aktiviert werden können, enthalten diese normalerweise nur Monomere, die neu tral reagieren bzw. - anders ausgedrückt - von sauren funktionellen Gruppen frei sind. Ester- und Amidgrup- pen können sie enthalten. Bei bestimmten Ausfüh rungsformen der Erfindung werden jedoch für spezielle Zwecke mischpolymerisierbare saure Monomere ver wendet.
Zur Herstellung von Mischpolymerisaten kön nen Gemische von Monomeren verwendet werden, und niedermolekulare Vorpolymerisate, die sich von sol chen Monomeren ableiten, können ebenfalls verwendet werden.
Die grösseren Moleküle, die zwei endständige Acrylat- bzw. Methacrylatgruppen aufweisen, können als V orpolymerisate angesehen werden, da sie sich bis weilen bequem durch Umsetzung von Glycidylacrylat bzw. -methacrylat mit einem komplizierten Bisphenol bzw. Polyol herstellen lassen.
Zu den in den Mischungen verwendeten Monome- ren vom Acrylattyp gehören Ester der Acrylsäure und der Methacrylsäure mit bis zu etwa 100 Kohlenstoff atomen, wie z.
B. Methylacrylat, Methylmethacrylat, Äthylacrylat, Äthylmethacrylat, Butylacrylat, Allylacry- lat, 2 Äthylhexylacrylat, Butylmethaerylat, Fuselölacry- lat, Hexylmethacrylat, Octylmethacrylat, Decylmetha- crylat, Laurylmethacrylat oder Stearylmethacrylat,
sowie difunktionelle Ester, wie z. B. Tetraäthylengly- koldimethacrylat, Äthylenglykoldimethycrylat und Bis phenol-A-bis(glyceryloxymethacrylat)-äther, sowie die weiter unten beschriebenen komplizierten Acrylate. Flüssige Gemische von Monomeren vom Acrylattyp, die bei der üblichen,
über freie Radikale verlaufenden Polymerisation in Abwesenheit von Luft Mischpolyme- risate liefern, ergeben bei Verwendung in den erfin- dungsgemässen Massen unter luftfreien Bedingungen ebenfalls Mischpolymerisate.
Beispiele für Katalysatoren, die zur Einverleibung in die Mischungen geeignet sind, sind u. a. Benzoylper- oxyd, tert: Butylhydroperoxyd, Azobisisobutyronitril, Methyläthylketonperoxyd und dergleichen.
Die Triarylborankomplexe, die in den Mischungen vorliegen, lassen sich gewöhnlich durch die allgemeine Formel (R)gB Am wiedergeben, in der R einen Arylrest mit 6-12 Koh- lenstoffatomen und Am eine Verbindung der aus Natriumhydroxyd, Ammoniak, Benzol und den Ami nen bestehenden Gruppe bedeutet.
In einigen Fällen scheint die Polymerisation bis zu einem stark vernetzten bzw. unlöslichen Produkt fort zuschreiten. Dieser Effekt ist besonders zu beobachten, wenn bestimmte Massen verwendet werden, die Oxi- rangruppen enthalten. Diese Massen können z.
B. Gly- cidylacrylat und/oder -methacrylat enthalten, das ent weder als solches besonders zugegeben worden ist oder als Ergebnis einer Umsetzung eines überschusses des selben mit einer phenolischen Verbindung, um ein kompliziertes Bisacrylat zu erhalten, vorliegt. Das Er gebnis scheint die Bildung von sich einander durch dringenden, netzartig verworrenen Polymerisatmolekü- len zu sein,
die sich gegenseitig verstärken, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Polymerisate verbessern. In diesen Massen wird die Polymerisation der Monomergruppen vom Acrylattyp wahrscheinlich durch den Peroxydkatalysator und das Triarylboran eingeleitet, während gleichzeitig durch den basischen Bestandteil des stickstoffhaltigen Kom plexes - entweder in Form der freien Base oder in Form des Kations des Salzes, das sich mit dem sauren Monomeren bildet,
das zur Aktivierung der Masse zu gegeben wird - eine Polymerisation der Oxirangruppen induziert wird.
Die verwendeten Triarylborane sollen von stören den Substituenten frei sein; Substituenten wie Halo gen-, Alkyl- und Alkoxysubstituenten können jedoch in den Komplexen vorliegen.
Im allgemeinen bilden alle diese Triarylborane Komplexe, die in. den Mischungen brauchbar sind. Komplexe von einfachen, unsubstitu- ierten Triarylboranen werden zur Zeit bevorzugt, da sie sich in den Monomeren vom Acrylattyp leichter lösen und sich durch Erwärmen oder durch Ansäuren leichter aktivieren lassen, um die Polymerisation zu in duzieren. Triphenylborankomplexe erweisen sich aus diesen Gründen als besonders bequem.
Zur Komplexbildung mit den Triarylboranen kön nen Amine verwendet werden, die bis zu etwa 20 Koh- lenstoffatome aufweisen und pH-Werte von 10 oder darunter haben. Die Amine sind gewöhnlich unsubsti- tuiert, doch stören Substituenten wie Hydroxylgruppen, wie sie im Äthanolamin und Triäthanolamin vorliegen, nicht.
Solche substituierten Amine können daher eben falls zur Herstellung von Komplexen verwendet wer den. Ammoniak, Benzol und Natriumhydroxyd bilden ebenfalls brauchbare Komplexe mit Triarylboranen und stellen daher Äquivalente zu den Aminen dar. Die stickstoffhaltigen Komplexe, die sich entweder durch Erwärmen oder durch Ansäuren leicht aktivieren las sen (wie z. B. durch Dissoziation), werden bevorzugt.
Beispiele für Amine, die keine funktionellen Sub- stituenten ausser den Aminfunktionen aufweisen und die Komplexe bilden, die in. den erfindungsgemässen Massen brauchbar sind, werden im folgenden in ver schiedene Klassen unterteilt angegeben. Keine funk tionellen Substituenten bedeutet hier, dass die Amine von störenden reaktionsfähigen Gruppen frei sind.
Alkylamine: Methylamin, Dimethylamin, Trime- thylamin, Tributylamin, Butylamin, Hexylamin, Octa- decylamin, Octylamin Dodecylamin, Tetradecylamin, Äthylamin, Diäthylamin, Methyläthylamin, Methylbutyl- amin, Äthylbutylamin,
Methyldibutylamin, Propylamin, Isopropylamin, tert.-Butylamin, Diisopropylamin, Tri- äthylamin. Cycloalkylamine: Cyclohexylamin, Dicyclohexyl- amin, Cyclohexylen-1,4-bismethylamin.
Aralkylarnine: Benzylamin, a-Methylbenzylamin, m- Xylylendiamin, p-Xylylendiamin.
Polyamine: Äthylendiamin, Hexamethylendiamin, Triäthylendiamin, Diäthylentriamin, Triätylentetramin. Heterocyclische Amine:
Pyridin, Chinolin, Pyrroli- din, ss-Picolin, Piperidin, die Pipecoline, Piperazin, Lutidin, Pyridazin, Morpholin, N-Methylmorpholin. Ebenfalls brauchbar sind einige funktionell substi tuierte Amine, wie z. B. Äthanolamin und Triäthanol- amin.
Die Triarylborane bilden also Komplexe mit Kom plexbildnern der aus Natriumhydroxyd; Ammoniak, Benzol; den primären, sekundären und tertiären Alkyl- aminen, Cycloalkylaminen und Alkanolaminen; den primären Aralkylaminen und Alkylenpolyaminen; und den sekundären und tertiären heterocyclischen Aminen bestehenden Gruppen.
Die Aminkomplexe der Triarylborane können nach den gleichen Verfahren hergestellt werden, die von Brown et a1., Journ. Amer. Chem. Soc. 64, 325 (1942) und 67, 374 (1945), zur Herstellung von Komplexen von Boralkylen beschrieben worden sind.
Diese Tri- arylbarankomplexe können sich an der Luft mit ver schiedener Geschwindigkeit sehr langsam zersetzen, sind jedoch relativ beständig und lassen sich verhält- nismässig sicherer handhaben als die Triarylborane, aus denen sie hergestellt worden sind. Dies gilt insbe sondere für Komplexe mit höherem Molekulargewicht sowie die beständigeren Komplexe, die mit den stärker basischen Aminen und mit Natriumhydroxyd gebildet werden.
Die Triarylboran-Amin-Komplexe werden in den erfindungsgemässen Massen in einer Menge von etwa 0,05-6 Gew.-% bezogen auf das Monomere vom Acry- lattyp, verwendet;
und zur Zeit werden gewöhnlich etwa 0,5-1,0 Gew.-% Triarylborankomplex bevorzugt. Der Komplex wird in der Regel vor der Zugabe des Peroxydkatalysators zu dem Monomeren gegeben.
Die Peroxydkatalysatoren werden den vorliegenden Mischungen vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01-5 Gew.-11/o einverleibt. Mengen von etwa 2-5 %, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, werden be sonders bevorzugt; wenn die Masse durch ein saures Monomeres, wie z.
B. Methacrylsäure, aktiviert wird, verwendet man jedoch Mengen von etwa 0,01-2 %. Diese Massen sind gewöhnlich beständig und bis zu einem Jahr oder länger lagerfähig. Die Polymerisation der Massen wird durch Aktivierung entweder durch mässiges Erwärmen oder durch Zugabe eines sauren Starters induziert.
Bestimmte Mischungen enthalten etwa 0,5-2,0 Gew.-1/o Oxiransauerstoff, wie weiter unten ausführ licher erläutert wird. Die Anwesenheit von Oxiran- bzw. Epoxygruppen in dieser Menge scheint die Haft festigkeit von gehärteten Massen, die diese Epoxygrup- pen enthalten, selbst bei längerer Einwirkung von Feuchtigkeit zu steigern. Die Oxirangruppen können in einem Monomeren vorliegen, das durch Umsetzung eines Überschusses von z.
B. Glycidylmethacrylat mit einer phenolischen Substanz, wie z. B. Bisphenol A, er halten worden ist, oder können zu einem Monomeren vom Acryiattyp zugegeben werden, das nach einem an deren Verfahren hergestellt worden ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in solchen Massen zusätz lich zu der Base des Triarylboran-Base-Komplexes eine geringe zusätzliche Menge einer stickstoffhaltigen Base, wie z. B. N,N-Dimethyl-p-toluidin, enthalten ist.
Solche Basen können in Bismethacrylaten bzw. Bisacrylaten, die in der oben beschriebenen Weise hergestellt worden sind, in ausreichender Menge enthalten sein, oder es kann eine kleine Menge zugegeben werden. Es ist wün schenswert, dass die Base in einer Menge von etwa 0,5-1,0 Gew.-% vorhanden ist. Geeignete stickstoffhal- tige Basen sind solche, die pK-Werte von etwa 10 oder darunter aufweisen, wie z.
B. Tributylamin, Diäthylen- triamin, N-Methylpiperidin, N-Methylmorpholin, 2,5- Dimethylpiperazin, 1,2,4-Trimethylpiperazin und der gleichen. Diese stickstoffhaltigen Basen scheinen in einer gewissen Weise als Cokatalysatoren für die Poly- merisation zu wirken.
Viele Mischungen stellen bei gewöhnlichen Tempe raturen und Drücken Flüssigkeiten dar. Gegebenenfalls können jedoch organische Lösungsmittel, die gegen über dem Initiator inert sind, als Verdünnungsmittel verwendet werden. Zur Herstellung von Versiegelungs- bzw. Dichtungsmassen, Klebstoffen überzugsmassen oder anderen, für spezielle Zwecke bestimmten Rezep turen können den Massen weiterhin geeignete verträg liche Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Weichmacher oder andere gewünschte Materialien zugegeben wer den.
Diese Zusatzmittel sollten neutral reagieren, da saure Materialien die Polymerisation vorzeitig initiieren würden, und dürfen weiterhin mit dem Katalysator und/oder dem Triarylboran keine Reaktionen eingehen.
Bei der Herstellung der Massen kann das verwen dete Monomere bzw. das verwendete Gemisch von Comonomeren (im allgemeinen in mehr oder weniger gereinigtem Zustand, wie z. B. durch Destillation im Falle von Monomeren mit niedrigem Molekularge- wicht) mit irgendwelchen gewünschten verträglichen festen oder flüssigen Zusatzstoffen, wie z. B. Pigmen ten, Farbstoffen, Weichmachern oder Füllstoffen, ver mischt werden.
Zu diesem Gemisch kann nun der Tri arylboran-Amin-Komplex entweder direkt oder in einer geringen Menge eines Lösungsmittels, bei dem es sich gegebenenfalls um ein mischpolymerisierbares Mono meres handeln kann, gelöst bzw. suspendiert zugege ben werden. Nach der Zugabe des Triarylborankom- plexes wird zweckmässig der gewünschte Peroxydkata- lysator in einer geeigneten Menge zugegeben.
Wenn die Bestandteile von irgendwelchen sauren Monomeren bzw. Comonomeren frei sind, ist die erhaltene Masse wie oben bereits gesagt - so lange lagerfähig, bis sie durch Erwärmen oder durch Ansäuern aktiviert wird.
Zur Erzielung einer verlängerten Lagerfähigkeit und insbesondere bei Verwendung eines sauren Como- nomeren können Zweikomponentensysteme verwendet werden.
Bei diesen Zweikomponentensystemen können der Peroxydkatalysator und ein saures Monomeres geson dert in einer kleinen Menge eines geeigneten Monome- ren gelöst werden, wobei diese Lösung dann die zweite Komponente der Masse darstellt. Die erste Kompo nente enthält den Triarylborankomplex und das Mono mere vom Acrylattyp. Die erste Komponente kann weiterhin gegebenenfalls ein oxirangruppenhaltiges Monomeres enthalten.
Die Viskositäten der Massen können je nach Wunsch durch Zugabe von flüssigen bzw. fliessfähigeren Monomeren verringert werden. Diese Zweikomponentensysteme polymerisieren rasch, wenn die beiden Komponenten in geeigneten Mengen verhältnissen miteinander vermischt werden. Die Polymerisationsreaktion der Massen erfordert im allgemeinen bis zu etwa 10 Min. nach der Aktivie rung, die durch Erwärmen oder Ansäuern erfolgt ist.
In einigen Fällen können die Polymerisate ein verhält- nismässig niedriges Molekulargewicht aufweisen und in denn verschiedensten organischen Lösungsmitteln löslich sein; andere Massen dagegen gelieren in nur 2 Min nach dem Ansäuern oder Erwärmen und liefern hoch molekulare Polymerisate in hoher Ausbeute. Dass die Polymerisation der Massen in Gegenwart von Luft ver läuft, erkennt man daran, dass auf der Oberfläche praktisch keine Schicht des Monomeren verbleibt, ob gleich die äussere Oberfläche in einigen Fällen schwach klebrig sein kann.
In vielen Fällen, wie z. B. beim Füllen von Zähnen, wird das überschüssige Poly- merisat zusammen mit etwa vorhandenen schwach klebrigen Oberflächenbereichen bei der endgültigen Zu richtung der Oberfläche durch Abschleifen bzw. Weg bohren entfernt. Kugelförmige Lithiumaluminiumsilikatteilchen sind ganz allgemein als Füllstoffe wertvoll, wenn sie in polymerisierbare organische Träger einverleibt werden, um die Wärmeausdehnungskoeffizienten der bei der Polymerisation der Träger erhaltenen gehärteten Pro dukte zu verringern.
Für zahnärztliche Zwecke werden solche Suspensionen vorzugsweise deshalb hergestellt, um einen Einschluss von Luftblasen zu vermeiden, doch sind für zahlreiche andere Zwecke derartige Luft einschlüsse nicht schädlich. Die beschriebenen kugel förmigen Lithiumaluminiumsilikatteilchen sind weiter hin als Füllstoffe in bekannten Zahnfüllharzen anstelle der in diesen Harzmassen bisher verwendeten Füll stoffe brauchbar.
Sie sind nicht nur insofern vorteil haft, als sie geringe oder negative Wärmeausdehnungs- koeffizienten aufweisen, sondern auch insofern, als sie sich leichter als Tonerde, die härter ist, polieren lassen, und als sie gegenüber einem Abplatzen während des Kauens beständiger sind, was wahrscheinlich auf die mechanische Festigkeit der Kugelform zurückzuführen ist.
Wie oben dargelegt, wird die Polymerisation durch Wärme oder Säuren eingeleitet bzw. aktiviert. Im all gemeinen ist ein Erwärmen auf Temperaturen in der Grössenordnung von 80-100 C für eine Zeit von etwa 10 Min und oftmals weit darunter ausreichend. Diese Temperaturen sind ausreichend hoch, um eine zumin dest teilweise Dissoziation des Triarylborankomplexes in das Triarylboran und die Base zu bewirken.
Alternativ werden saure Substanzen, wie z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Phosphor säure, Essigsäure, Trifluoressigsäure, p-Toluolsulfin- säure und dergleichen, die der Bequemlichkeit halber vorher in einer weiteren Menge des Mononieren gelöst werden können, rasch zugemischt. In diesen Systemen werden die monomeren Säuren, die an der Polymeri- satbildung teilnehmen, wie z.
B. Maleinsäure, Citracon- säure, Acrylsäure und Methacrylsäure, bevorzugt, und die auf diese Weise erhaltenen polymerisierten Massen haften besser und länger, wenn die gehärtete Masse einer längeren Feuchtigkeitseinwirkung unterliegt. Ob gleich sämtliche Säuren die vorliegenden Massen akti vieren, einschliesslich anorganische Säuren, werden die brauchbarsten Ergebnisse unter Verwendung von Acrylsäure oder Methacrylsäure erhalten.
Die folgenden Beispiele erläutern die neuartigen Massen sowie das erfindungsgemässe Verfahren und dessen Anwendung. In den Beispielen bedeuten sämt liche Teile Gewichtsteile, wenn nichts anderes angege ben ist.
<I>Beispiel 1</I> Ein Gemisch (Gemisch A) wird durch Vermischen von 100 Teilen Fuselölacrylat, 2 Teilen Benzoylper- oxyd und 3 Teilen Triphenylboran-Ammoniak-Kom- plex hergestellt. Vergleichsgemische werden aus je 100 Teilen des gleichen monomeren Fuselölacrylats mit 2 Teilen Benzoylperoxyd (Gemisch B) bzw. 3 Teilen Tri- phenylboran-Ammoniak-Komplex (Gemisch C) herge stellt.
Proben der Gemische A, B und C werden in Ge genwart von Luft 10 Min auf 82 C erwärmt. Die zwei Vergleichsgemische (Gemische B und C) zeigen keine Reaktion und bleiben flüssig. Die erfindungsgemässe Masse (Gemisch A) ist zu einem klebrigen Polymerisat polymerisiert, das in Ketonen, wie z. B. Methyläthylke- ton, langsam löslich ist und sich zur Verwendung in Klebstoffen eignet.
<I>Beispiel 2</I> Dieses Beispiel erläutert eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Monomere mit dem Triarylbo- rankomplex zu einer ersten Komponente kombiniert wird, während der Katalysator sodann gleichzeitig mit einer aktivierenden Säure als zweite Komponente zuge geben wird. Die Masse kann direkt polymerisiert wer den, ohne dass die Polymerisation durch die Anwesen heit von Luft gehemmt wird. Die Hemmwirkung von Luft bzw. Sauerstoff ist bei den verschiedenen Mono meren unterschiedlich und hängt weiterhin wahrschein lich von der Zeit und der Art und Weise der Luftein wirkung ab, d. h. dem Ausmass der Belüftung des Mononieren, das z.
B. davon abhängen kann, in wel cher Weise aus dem Behälter ausgegossen wird, wie lange der Luft ausgesetzt wird, wie gross das Sauer stoffauflösungsvermögen ist. usw..
Eine Reihe von Polymerisationsversuchen, die diese Ausführungsform der Erfindung erläutern sollen, wurde unter Verwendung von 50 Teilen eines Mononie ren als erste Komponente, wozu 1 Teil verschiedener Triarylborankomplexe gegeben wurde, durchgeführt.
Bei der ersten Komponente handelt es sich um ein Gemisch aus 37,5 Teilen des Glycidylmethacrylat- Adduktes von Bisphenol A (hergestellt durch Umset zung von 1 Mol Bisphenol A mit 1,1 Mol Glycidyhne- thacrylat in Gegenwart von etwa 1/2 Gew.-0/9 N,N- Dimethyl-p-toluidin bei etwa 60 C und mit einer Um setzungszeit von 36 Stunden;
das Umsetzungsprodukt wird in der Form verwendet, wie es bei der Herstel lung anfällt, d. h. ohne Reinigung, und enthält daher etwa 1% Oxiransauerstoff und nicht entferntes N,N-Dimethyl-p,toluidin) und 12,5 Teilen Methylme- thacrylat, wozu 1 Teil Triarylborankomplex gegeben wird.
Der Komplex wird vorher in dem Methylmetha- crylat gelöst, ehe mit dem Glycidyhnethacrylat-Bispher nol-A-Addukt vermischt wird.
Die zweite Komponente besteht in jedem Falle aus 2 Teilen einer 5 gew.-o/oigen Lösung von Benzoylper- oxyd in Methacrylsäure.
Die beiden Komponenten werden in Gegenwart von Luft miteinander vermischt und in kleine Alumini- umwägeschalen gegossen, d. h. das Gemisch wird der Atmosphäre ausgesetzt. Innerhalb weniger Minuten bei Raumtemperatur bildet sich eine Polymerisatscheibe und nach 12 Stunden wurde die Scheibe aus der Alu- miniumschale entfernt und gewogen,
und etwa vorhan dene unumgesetzte Monomere und/oder niedermoleku lare Polymerisate und Oligomere wurden aus der Scheibe unter Verwendung von Methyläthylketon extra hiert. Das Gewicht des Rückstandes (angegeben in o/o des ursprünglichen Gewichtes) ist ein Mass für das Aus- mass der Vernetzung und Polymerisation zu einem hochmolekularen Polymerisat.
Tabelle I zeigt die Ausbeuten an unlöslichem Poly- merisat, die unter Verwendung verschiedener Kom plexe von Triphenylboran erhalten werden.
EMI0005.0017
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Ausbeute
<tb> Komplex- <SEP> Gesamtgewicht <SEP> (unlösliches
<tb> bildungsmittel <SEP> nach <SEP> 12 <SEP> Stunden <SEP> Polymerisat)
<tb> NH3 <SEP> 99 <SEP> 96
<tb> N(CH3)3 <SEP> 99 <SEP> 96
<tb> Ci2H25N<B>11</B>2 <SEP> 98 <SEP> 91
<tb> <B>CSHSN</B> <SEP> 96 <SEP> 81 Tabelle 1I zeigt die Ergebnisse von ansonsten in identischer Weise durchgeführten Versuchen, bei denen Komplexe verschiedener Basen mit anderen Triarylbo- ranen verwendet wurden.
EMI0005.0021
Wenn diese Versuche bei etwas erhöhten Tempera turen durchgeführt werden, bei denen die Komplexe stärker dissoziieren und löslicher sind, sind die Aus beuten an unlöslichem Polymerisat höher, und es bil den sich geringere Mengen an niedermolekularen lös lichen Polymerisaten. Die Unterschiede zwischen den Ergebnissen der einzelnen Versuche sind wahrschein lich zum Teil auf die Schwierigkeiten beim Auflösen bestimmter der Komplexe zurückzuführen, die die Reaktion tatsächlich weiter behindern können, weil sie nicht dissoziieren und/oder mit der Methaerylsäure re agieren, ehe diese in das Polymerisatmoleküleingetreten ist.
Ein weiterer Grund für die niedrigeren Ausbeuten an höhermolekularem Polymerisat kann die Bildung von niedermolekularen, in Lösungsmitteln löslichen Polymerisatmolekülen sein. Wenn die vorliegenden Massenn zum Einbetten, Einkapseln oder für ähnliche Zwecke verwendet werden, bevorzugt man Systeme, bei deren Polymerisation sehr hohe Ausbeuten an hochmolekularen Polymerisaten erhalten werden.
Diese Massen enthalten als Stickstoffbasenkomplexe solche, bei denen die Base ein aliphatisches Amin oder Ammoniak ist.
Es sei vermerkt, dass das NN-Dimethyl-p-toluidin, das in der ersten Komponente der Masse des vorlie genden Beispiels zusammen mit dem Glycidylmetha- crylat-Bisphenol-A-Addukt vorliegt, als Beschleuniger für selbsthärtende Zahnfüllharze bekannt ist, 'vgl. Skinner und Phillips, The Science of Dental Mate rials,>, W. B. Saunders Co., Philadelphia, V. St. A., (1960) Seite 170.
Wenn eine Vergleichsprobe, die keinen Triarylbo- ran-Base-Komplex enthält, ansonsten jedoch mit dem obigen Zweikomponentensystem identisch ist, verwen det wird, beträgt die Ausbeute an unlöslichem Polyme- risat etwa 75 % und es verbleibt eine Flüssigkeits- schicht auf der Oberfläche der Scheiben.
Weiterhin ist dann die Gelierungszeit im allgemeinen länger, wie im nächsten Beispiel erläutert wird. <I>Beispiel 3</I> Es wurde eine Reihe von ähnlichen Versuchen wie in Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch in der ersten Komponente anstelle des Bisphenol-A-Derivats Äthy- lenglykoldimethacrylat mit 1 % Dimethyl-p-toluidin als Hilfsbeschleuniger verwendet wurde. Es wurden die gleichen Mengenverhältnisse angewendet.
Die Zeit bis zur Gelierung bei Raumtempreatur (etwa<B>25'</B> C) nach dem Vermischen der Komponenten wurde notiert. In Abwesenheit des Triarylborankomplexes er forderten Vergleichsproben etwa 5 Min bis zur Gehe- rung. Die Gelierungszeit für Massen, die verschiedene Komplexe enthalten, ist in Tabelle III angegeben. Wenn erhöhte Temperaturen angewendet wurden, waren die Zeiten bis zur Gelierung im allgemeinen kürzer.
Eine raschere Gelierung, d. h. eine raschere Härtung, ist in vielen Fällen, wie z. B. bei Zahnfüllhar- zen, von Bedeutung. Für solche Zwecke sind natürlich erhöhte Temperaturen unpraktisch, so dass die schnel lere Gelierung, die mit Hilfe der erfindungsgemäss zu verwendenden Massen erreicht werden kann, von gros- sem Wert ist.
EMI0005.0092
<I>Tabelle <SEP> 111</I>
<tb> Gelierungszeit
<tb> Komplex <SEP> in <SEP> Minuten
<tb> (CioH,)3B <SEP> . <SEP> <B>C6Ho</B> <SEP> 2,25
<tb> <B>(CBHS)3B</B> <SEP> . <SEP> CSH5N <SEP> 2,5
<tb> <B>(CH3CBH4)3B</B> <SEP> . <SEP> CSHSN <SEP> 2,5
<tb> (C6H5)3B <SEP> . <SEP> NH3 <SEP> 3
<tb> (C6Hs)3B <SEP> . <SEP> N(CH3)s
<tb> (FC.H4)3B. <SEP> H2N-C(CH3)2CH20H <SEP> 5 Beispiel <I>4</I> _ Dieses Beispiel erläutert die Wirkung, die der Tri- phenylboran-Ammoniak-Komplex bei der an der Luft durchgeführten Polymerisation verschiedener Monome- ren vom Acrylattyp ausübt.
Aluminiumnägel mit Köpfen von 0,64 cm Durch messer wurden mit Aceton gewaschen und sodann Kopf an Kopf gebunden, indem die Monomeren an Ort und Stelle etwa 16 Stunden bei 35 C polymeri siert wurden.
Diese lange Polymerisationszeit wurde deshalb angewendet, um mögliche Schwankungen der Festigkeit infolge unterschiedlicher Polymerisationszei- ten auszuschalten, obgleich die Polymerisation in weni ger als 20-30 Min praktisch vollständig ist. In Tabelle IV sind die Zugfestigkeitswerte angegeben, die unter Verwendung von 4 verschiedenen Monomeren erzielt wurden.
Bei jeder Probe enthielten die erfindungsge- mässen Massen ausser dem angegebenen Monomeren 3 Gew.-11/o Benzoylperoxyd, 1,5 Gew.-0/0 Triphenylbo- ran-Ammoniak-Komplex und 0,1 Gew.-% N,N-Dime= thyl-p-toluidin als Aktivator. Die Vergleichsproben enthielten kein Triphenylboran-Ammoniak, waren je doch ansonsten identisch.
EMI0006.0036
Beim Bruch tritt eine Lösung der Bindung zwi schen der Polymerisatmasse und den Nagelköpfen und nicht ein Bruch innerhalb der Polymerisatmasse ein. Aus den Daten der vorstehenden Tabelle ist daher die überlegene Haftfestigkeit ersichtlich, die unter Ver wendung der neuen Massen erzielt wird.
<I>Beispiel S</I> Eine Mässe, die von Oxiransauerstoff und N,N- Dimethyl-p-toluidin frei ist, wird aus 100 Teilen 2-Äthylhexylacrylat, 3 Teilen Benzoylperoxyd und 1,5 Teilen Triphenylboran-Ammoniak-Komplex hergestellt und durch 15-minütiges Erhitzen auf 82 C polymeri siert.
Eine Vergleichsprobe, die keinen Triphenylbo- ran-Ammoniak-Komplex enthielt, wurde unter ähn lichen Bedingungen polymerisiert. Die erhaltenen Poly- merisate wurden gründlich mit n-Hexan gewaschen, um niedermolekulare Polymerisate und unumgesetztes Monomeres zu entfernen, und getrocknet.
Die zurück gebliebenen Polymerisatmassen wiesen intrinsische Vis- kositäten (gemessen bei einer Konzentration von etwa 0,45 g1100ems in Methyläthylketon) von 1,18 bzw.1,24 auf.
Bei der erfindungsgemäss verarbeiteten Masse war zwischen der eingesetzten Monomerenmenge und der erhaltenen Gewichtsmenge an hochmolekularem Poly- merisat eine Gewichtsdifferenz von etwa 3 % festzustel- len,
während bei der Vergleichsprobe 15 % des Mono- meren entweder unpolymerisiert geblieben oder in nie dermolekulare Polymerisate übergegangen waren.
Beispiel Andere monomere Bisacrylate und Bismethacrylate (diese Begriffe umfassen auch die Polyacrylate und die Polymethacrylate) sind in den neuen Massen ebenfalls brauchbar und lassen sich nach Verfahren herstellen, wie sie oben für die Anlagerung von Glycidyhnethacry- lat an Bisphenol A beschrieben worden sind.
Eine aus gedehnte Aufzählung solcher reaktionsfähiger Bisphe- nole findet sich in der USA-Patentschrift 2 829 175 in den Spalten 3-7. Andere brauchbare Addukte werden in der gleichen Weise aus alkenylsubstituierten Diphe- nylolmethanen, wie z.
B. 3,3'-Diallyl-4,4'-diphenylol- propan, und aus Diphenolsäureverbindungen erhalten, deren. Säuregruppe geschützt ist, wie z. B. in Amidform vorliegt. Bisphenole, die verbindende sauerstoffhaltige Ketten aufweisen, und Novolake von Bisphenolen, die Polyaddukte mit z. B. Glycidyhnethacrylat bilden, sind ebenfalls brauchbar.
Für die erfindungsgemässen Zwecke brauchbare Monomeren können ganz allge- mein unter Verwendung von Glyceryloxyaerylat- und -methacrylatäther von Phenolen hergestellt werden, die in ihrem Molekül nichtsaure verbindende Gruppen auf weisen.
Das vorliegende Beispiel erläutert insbesondere die Herstellung und die Eigenschaften von Massen, in denen solche komplizierten Glyceryloxymethacrylat- äther verwendet werden.
Im folgenden sind die im vorliegenden Beispiel verwendeten Vorpolymerisatäther angegeben:
EMI0006.0148
Bisphenol-A-Glycidyhnethacrylat Addukt
EMI0007.0001
3,3'-Diallylbisphenol-A-Glycidylmethacrylat Addukt
EMI0007.0004
m,p,p,m-Bisglycidylmethacrylat Addukt, wobei die Buchstaben m,p,p,
m zur Bezeichnung der Stellung der Sauerstoffatome in den phenolischen Kernen dienen
EMI0007.0010
Sebacylbisresorcin-Glycidyhnethacrylat-Addukt
EMI0007.0012
Bisphenol A-bisäther-Glycidylmethacrylat-Addukt, das sich von einem Polypropylenglykol ableitet, wobei n einen Durchschnittswert von etwa 7 aufweist, wenn das Polypropylenglykol ein durchschnittliches Moleku- largewicht von 425 hat.
Es ist ersichtlich, dass Acrylate dieses Typs, die aus höheren Polyäthylen- und Polypropylenglykolen hergestellt worden sind, bis zu etwa 100 Kohlenstoff atome oder mehr enthalten können. Weiterhin enthält jedes der angegebenen Vorpolymerisate 1-V etwa 1 0/0 Oxiransauerstoff und 0,9 % N,N-Dimethyl-p-toluidin wegen des bei der Herstellung angewendeten Verfah rens.
Die Massen werden wie unter Beispiel 2 beschrie ben unter Verwendung eines der obengenannten Vor- polymerisate I bis V hergestellt, die mit 1 Gew: % Tri- phenylboran-Ammoniak-Komplex und 10 Gew.-% Methylmethacrylat kombiniert wurden. Dieses Gemisch stellte die erste Komponente der Masse dar.
Als zweite Komponente wurde eine 5-gew.-%ige Lösung von Benzoylperoxyd in Methacrylsäure verwendet.
Die ersten Komponenten (100 Gewichtsteile) werden gründlich und rasch mit 4 Teilen der peroxydhaltigen Methacrylsäure-Komponente vermischt, und die Mischung wurde sofort auf die flachen Oberflächen eines Paares von etwa 10X18 cm grossen Aluminium tafeln (die vorher gemäss US military specification MIL-A-5090B gereinigt und geätzt worden waren) ent lang den Längskanten aufgebracht.
Die einzelnen Paare von Aluminiumtafeln wurden um 12,7 mm über lappt, und es wurde unter schwachem Druck (etwa 0,7 kg/cm') 5-10 Min polymerisieren gelassen. Der Druck wurde sodann aufgehoben, und die Tafeln wur den 1 bis 3 Tage stehengelassen. Auf diese Weise wur den 6 Sätze von Prüftafeln hergestellt. Das an den überlappungspunkten herausgetretene Polymerisat wurde entfernt, und die Tafeln wurden in Prüfstreifen von 2,54cm Breite zersägt.
Die Festigkeiten der Kle beverbindungen wurden mit Hilfe eines Instron-Prüfge- rätes bei verschiedenen Temperaturen sowie bei 24 C geprüft, nachdem sie bis zu 60 Tage einer relativen Feuchtigkeit von 100 % bei einer Temperatur von 54,5 C ausgesetzt worden waren. Jeder Prüfstreifen wurde 20 Min vor der Prüfung auf der angegebenen Temperatur gehalten.
In Tabelle V sind die Ergebnisse in kg/cm2 angegeben. Wenn die Prüfversuche wieder holt wurden, betrugen die Abweichungen zwischen den Ergebnissen gewöhnlich weniger als etwa 10 % des Durchschnittswertes, gelegentlich bis zu 15 0/0.
EMI0008.0029
<I>Tabelle <SEP> V</I>
<tb> Vorpolymerisat masse <SEP> I <SEP> 1I <SEP> III <SEP> IV <SEP> V
<tb> Temperatur
<tb> in <SEP> C <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> kg/cm2
<tb> - <SEP> 55,5 <SEP> 35 <SEP> 29,4 <SEP> 35 <SEP> 56 <SEP> 22,4
<tb> + <SEP> 24 <SEP> 56,7 <SEP> 91 <SEP> 82,6 <SEP> 86,8 <SEP> 87,5
<tb> + <SEP> 82 <SEP> 89,4 <SEP> 37,1 <SEP> 245 <SEP> - <SEP> 92,4
<tb> +121 <SEP> 110 <SEP> - <SEP> 87,5 <SEP> - <SEP> +149 <SEP> 64,4 <SEP> - <SEP> 72,8 <SEP> - <SEP> Einwirkungs dauer <SEP> von
<tb> 100 <SEP> <B>%</B> <SEP> relativer
<tb> Feuchtigkeit
<tb> bei <SEP> 54,4
<tb> (i<U>n</U> <SEP> Tagen)
<tb> 15 <SEP> 74,9 <SEP> 77,9 <SEP> 93,8 <SEP> 118,3 <SEP> 70
<tb> 30 <SEP> 81,9 <SEP> 60,9 <SEP> 87,5 <SEP> 50,4 <SEP> 60 <SEP> 82,6 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 82,6 Die Striche bedeuten,
dass mit dieser Probe bei dieser Temperatur kein Prüfversuch durchgeführt wurde. Die Haftfestigkeit der Massen I und V nach 60 Tagen Einwirkungsdauer von 100 % relativer Feuch- tigkeit ist besonders hervorragend, ebenfalls die Festig keit der Bindungen bei den Massen I und III bei er höhten Temperaturen.
<I>Beispiel 7</I> Die erfindungsgemäss zu verarbeitenden Massen kön nen zur Erhöhung der Fliessfähigkeit andere Monomexe, die der Verdünnung dienen, sowie eine aktivierende monomere Säure enthalten. Das vorliegende Beispiel und das Beispiel 8 dienen der Erläuterung von Ergeb nissen, die mit verschiedenen dieser Bestandteile erhal ten wurden. Die bei den einzelnen Versuchen zur Ver dünnung verwendeten Monomeren sind in der weiter unten folgenden Tabelle VI angegeben.
Es wurden Zweikomponentenmassen unter Ver wendung des Vorpolymerisats I von Beispiel 6 (das etwa 1 % Oxiransauerstoff in Form von Glycidylme- thacrylat und 0,9 % N,N'-Dimethyl-p-toluidin enthält) hergestellt.
Die tatsächliche molare Zusammensetzung bei den einzelnen Komponenten war wie folgt:
EMI0008.0067
Komponente <SEP> 1 <SEP> Mol
<tb> Vorpolymerisat-I-Addukt <SEP> 0,0032
<tb> (das
<tb> Glycidylmethacrylat <SEP> 0,00113
<tb> und
<tb> N,N'-Dimethyl <SEP> p-toluidin <SEP> enthält) <SEP> 0,00015
<tb> zur <SEP> Verdünnung
<tb> dienendes <SEP> Monomeres <SEP> 0,0007-0,002
<tb> Triphenylboran Ammoniak-Komplex <SEP> 0,00008
<tb> Komponente <SEP> 2 <SEP> Mol
<tb> Methacrylsäure <SEP> 0,00142
<tb> zur <SEP> Verdünnung
<tb> dienendes <SEP> Monomeres <SEP> 0,0001-0,00032
<tb> Benzoylperoxyd <SEP> 0,00003 Die Menge des zur Verdünnung verwendeten Monomeren wird bei den einzelnen Proben variiert,
so dass Gehalte von 10, 20 und 30 Mol-% der Gesamt- masse verwendet wurden.
Zur Herstellung der Komponente 1 der verschiede nen Massen wurden etwa 0,02 g Triphenylboran Ammoniak-Komplex in. 0,0007, 0,0014 bzw. 0,0020 Mol des zur Verdünnung dienenden Monome- ren gelöst, um einen Gehalt von 10, 20 bzw. 30 Mol-% zu erzielen.
Diese Lösungen wurden zu 1,8 g des Vor polymerisats I (das das Glycidylmethacrylat und das N,N'-Dimethyl-p-toluidin enthält) gegeben. Die Kompo nenten 2 wurden durch Zugabe von 0,00010, 0,00020 bzw. 0,00032 Mol des zur Verdünnung dienenden Monomeren zu 0,13 g einer Lösung von 0,50 g Ben- zoylperoxyd in 8,0 g Methacrylsäure hergestellt. Die Komponenten 1 und 2 der jeweiligen Massen wurden miteinander vermischt und wie in Beispiel 6 beschrie ben auf Aluminiumtafeln aufgebracht. Die Prüfstreifen wurden ebenfalls wie in Beispiel 6 angefertigt.
Die überlappungsscherfestigkeiten wurden bei verschiede nen Temperaturen bestimmt, sowie nachdem 30 Tage einer relativen Feuchtigkeit von 100 % bei einer Tem- peratur von 54,4 C ausgesetzt worden war.
Die Er gebnisse der Überlappungsscherfestigkeit in kg/cm' sind in Tabelle VII angegeben, wobei die Zahlenwerte unter 30 Tage Behandlung bei 100 % relativer Feuch- tigkeit und 54,4 C bei 24 C gemessen worden sind, nachdem 30 Tage unter den angegebenen Bedingungen behandelt worden ist.
EMI0009.0001
<I>Tabelle <SEP> VI</I>
<tb> Überlappungsscherfestigkeit
<tb> 30 <SEP> Tage
<tb> Behandlung <SEP> bei
<tb> 100 <SEP> % <SEP> relativer
<tb> Zur <SEP> Verdünnung <SEP> Feuchtigkeit
<tb> <U>verwendetes <SEP> Monom</U>eres <SEP> (in <SEP> <U>/o)</U> <SEP> 24 <SEP> C <SEP> 82 <SEP> C <SEP> 121 <SEP> C <SEP> und <SEP> 54,4 <SEP> C
<tb> <B>1</B>/o <SEP> Äthylacrylat <SEP> 10 <SEP> 46,2 <SEP> 112,0 <SEP> 81,2 <SEP> 64,4
<tb> 20 <SEP> 54,6 <SEP> 91,7 <SEP> 74,9 <SEP> 65,8
<tb> 30 <SEP> 58,1 <SEP> 103,6 <SEP> 70,0 <SEP> 73,5
<tb> o/o <SEP> Butylacrylat <SEP> 10 <SEP> 57,4 <SEP> 89,6 <SEP> 84,0 <SEP> 71,4
<tb> 20 <SEP> 60,9 <SEP> 86,1 <SEP> 66,5 <SEP> 79,8
<tb> 30 <SEP> 65,1 <SEP> 85,4 <SEP> 50,4 <SEP> 81,9
<tb> o/o <SEP> Isooctylacrylat <SEP> 10 <SEP> 36,4 <SEP> 68,6 <SEP> 25,9 <SEP> 89,6
<tb> 20 <SEP> 74,2 <SEP> 49,7 <SEP> 25,9 <SEP> 71,
4
<tb> 30 <SEP> 77,0 <SEP> 50,4 <SEP> 17,5 <SEP> 72,8
<tb> o/o <SEP> Phenylacrylat <SEP> 10 <SEP> 34,3 <SEP> 68,6 <SEP> 50,4 <SEP> 20 <SEP> 74,2 <SEP> 56,0 <SEP> 30,1 <SEP> 30 <SEP> 82,6 <SEP> 29,4 <SEP> 16,8 <SEP> 1/o <SEP> Acrylnitril <SEP> 10 <SEP> 57,4 <SEP> 104,3 <SEP> 81,2 <SEP> 61,6
<tb> 20 <SEP> 82,6 <SEP> 108,9 <SEP> 81,2 <SEP> 74,2
<tb> 30 <SEP> 55,3 <SEP> 82,6 <SEP> 43,4 <SEP> 79,8
<tb> o/o <SEP> Methylmethacrylat <SEP> 10 <SEP> 42,0 <SEP> 128,8 <SEP> 71,4 <SEP> 66,5
<tb> 20 <SEP> 68,6 <SEP> 139,3 <SEP> 69,3 <SEP> 109,2
<tb> 30 <SEP> 67,9 <SEP> 120,4 <SEP> 67,9 <SEP> 64,4
<tb> /o <SEP> Hexylmethacrylat <SEP> 10 <SEP> 53,9 <SEP> 106,4 <SEP> 74,2 <SEP> 77,7
<tb> 20 <SEP> 44,8 <SEP> 109,2 <SEP> 67,2 <SEP> 85,4
<tb> 30 <SEP> 99,4 <SEP> 88,9 <SEP> 45,5 <SEP> 72,8
<tb> o/o <SEP> Hydroxyäthylmethacrylat <SEP> 10 <SEP> 53,9 <SEP> 88,9 <SEP> 51,
1 <SEP> 20 <SEP> 56,7 <SEP> 111,6 <SEP> 70,7 <SEP> 67,9
<tb> 30 <SEP> 44,8 <SEP> 104,3 <SEP> 58,8 <SEP> 65,8 <I>Beispiel 8</I> Die Menge der in den Massen verwendeten mono meren Säuren beeinflusst zu einem gewissen Masse die Eigenschaften der erhaltenen Polymerisate. Ähnliche Prüfversuche wie oben beschrieben wurden unter Ver wendung verschiedener Mengen von Acrylsäure und Methacrylsäure durchgeführt. Die erste Komponente bestand aus 90 Teilen Vorpolymerisat I (das über schüssigen Oxiransauerstoff in Form von
Glycidylme- thacrylat und N,N'-Dimethyl-p-toluidin enthielt, wie es bei den vorhergehenden Beispielen der Fall war), 10 Teilen Methylmethacrylat und 1 Gew.-1/o Triphenylbo- ran-Ammoniak-Komplex. Die zweite Komponente der Masse bestand aus 80 Teilen der monomeren Säure, 20 Teilen Methylmethacrylat und 5 Teilen Benzoylper- oxyd. Der prozentuale Gesamtanteil an monomerer Säure (und gleichzeitig an Katalysator)
wurde variiert, indem verschiedene Mengen der zweiten Komponente verwendet wurden, d. h. 4, 8 bzw. 12 Tropfen der zweiten Komponenten je 2,0 g der Komponente 1 (was etwa 7, 14 bzw. 20 Gew.-% der monomeren Säure ent- spricht). Die Prüfversuche wurden wie in Beispiel 7 und weiterhin unter 60-tägiger Einwirkung von 100 0/0 relativer Feuchtigkeit durchgeführt.
Die Ergebnisse (in kg/cm') der überlappungsscherfestigkeit sind in Tabelle VII angegeben.
EMI0010.0001
<I>Tabelle <SEP> V11</I>
<tb> Überlappungsscherfestigkeit
<tb> 30 <SEP> Tage <SEP> 60 <SEP> Tage
<tb> bei <SEP> 100 <SEP> <B>%</B> <SEP> bei <SEP> 100 <SEP> %
<tb> relativer <SEP> relativer
<tb> Monomere <SEP> Säure <SEP> -55,56 <SEP> C <SEP> 23,89 <SEP> C <SEP> 82,22 <SEP> C <SEP> 121,11 <SEP> C <SEP> Feuchte <SEP> Feuchte
<tb> Acrylsäure <SEP> (in <SEP> <B>0/9)</B> <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 77,0 <SEP> 110,6 <SEP> 103,6 <SEP> 91,0 <SEP> 91,0
<tb> 14 <SEP> 41,3 <SEP> 140,0 <SEP> 145,6 <SEP> 130,2 <SEP> 114,1 <SEP> 93,1
<tb> 20 <SEP> 59,5 <SEP> <B>1</B>59,6 <SEP> 155,4 <SEP> 130,2 <SEP> 142,8 <SEP> 116,2
<tb> Methacrylsäure <SEP> (in <SEP> %) <SEP> 7 <SEP> 35,7 <SEP> 58,1 <SEP> 92,
4 <SEP> 113,4 <SEP> 79,8 <SEP> 65,8
<tb> 14 <SEP> 25,9 <SEP> 6<B>1</B>,6 <SEP> 100,8 <SEP> 97,3 <SEP> 88,2 <SEP> 117,6
<tb> 20 <SEP> 28,<B>0</B> <SEP> 53,2 <SEP> 110,6 <SEP> 116,2 <SEP> 95,2 <SEP> 78,4 Es wurde gefunden, dass sämtliche der obigen Massen eine bemerkenswerte Festigkeit beibehalten (von mehr als 56 kg/cm2 selbst bei Temperaturen von 149 C), und dass sich diese Eigenschaft mit zuneh mender Menge an Methacrylsäure offensichtlich ver stärkt. Wenn nicht-monomere Säuren (d. h.
Säuren, die bei der Acrylatpolymerisation nicht als Comonomere fungieren können) in ähnlichen Massen verwendet wer- den, ist bei der Behandlung mit 100 % relativer Feuch- tigkeit nach dem oben beschriebenen Prüfversuch praktisch keine Beibehaltung der Haftfestigkeit festzu stellen.
Unter den nicht-monomeren Säuren, die bei diesem Prüfversuch schlechte Ergebnisse lieferten, befinden sich bestimmte starke Säuren, wie z. B. Trifluoressig- säure, Schwefelsäure und Phosphorsäure, und be stimmte schwächere Säuren, wie z. B. Essigsäure, p-Toluolsulfinsäure und Pyromellithsäure.
Überlappungsscherversuche an Aluminiumtafeln unter Verwendung von ähnlichen Massen wie oben, die jedoch zusätzlich 50-70 Gew.-% kugelförmiges Lithiumaluminiumsilikat enthielten,
ergaben sowohl vor als auch nach der 30-tägigen Einwirkung von 100% relativer Feuchtigkeit bei 54 C Werte von 105-70 kg/cm2. Eine zusätzliche 30-tägige Behandlung unter den angegebenen Feuchtigkeits- und Temperatur bedingungen scheint zu keiner bedeutenden Verminde rung der Haftfestigkeit zu führen.
Im Gegenteil lässt sich sogar eine gewisse Zunahme der Haftfestigkeit feststellen, was möglicherweise auf eine langsame Durchdringung der Polymerisatmasse mit Epoxyharz- polymerisatmolekülen zurückzuführen ist.
Method for initiating an aerobic radical homo- or copolymerization The invention relates to a method for initiating an aerobic radical polymerization or copolymerization of ethylenically unsaturated monomers in a mixture, in particular one comprising monomeric acrylates,
Contains peroxide polymerization initiators and triarylborane complexes.
It is known that compounds containing ethylenic double bonds can be polymerized with the aid of peroxides. From the USA patent 2 985 633 it is known that certain boron-containing compounds can also be used as catalysts for the polymerization of ethylene under pressure when treated with oxygen. It is also known that in the presence of air or
Oxygen adversely affects the rate of polymerization in some polymerization systems and the reaction is sometimes completely inhibited. The water inhibitory influence is particularly in systems where you have to carry out the polymerization in the presence of a lot of air or where the system is saturated with air in the handling, as is such. B. in the application of dental filling compounds, adhesives and sealing or
Sealing compounds is the case, very disadvantageous, since the polymerization here is generally unreliable or incomplete and special precautionary measures have to be taken to ensure practically air-free conditions.
It has now been found that when certain complexes of triarylboranes are added to polymerizable mixtures of ethylenic monomers and per oxide catalysts, the compositions obtained can easily be activated even in the presence of air and provide useful polymers.
The invention relates to a process for initiating the free radical polymerization of masses that are air or water resistant.
containing oxygen-sensitive acrylic monomers and free radical initiators, in the presence of air, and which is characterized in that a monomer or a monomer mixture which contains at least one oxygen-sensitive acrylic acid derivative in a mixture with a triarylborane complex and a radical generator under aerobic conditions Conditions heated and / or mixed with an acid to cause the decomposition of the complex acting as a polymerization inhibitor.
The mixture to be polymerized according to the invention is z. B. as a coating (in the most general sense, including as adhesives) useful and can also be used as molding, embedding, sealing and sealing compounds. For the sake of convenience, the acrylate monomers used for the purposes according to the invention are hereinafter referred to as monomers of the acrylate type.
The acrylate type monomers suitable for use in the inventive method are those which are sensitive to air or oxygen and which can be obtained using free radical initiators, such as. B. benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile and tert-butyl hydroperoxide, normally only polymerize with certain difficulties, unless the polymerization is carried out in the almost complete absence of oxygen.
Although the mixture to be used according to the invention can be produced quite generally from all of the monomers of the acrylic type described below, the currently preferred compositions are produced using monomers whose polymerization is inhibited by their dissolved oxygen content will not quickly dissolve more oxygen.
These monomers can therefore be characterized in that they are normally sensitive to oxygen, but are not completely inactivated by it, and that they are usually polymerizable under drastic conditions, such as at elevated temperature and / or high catalyst concentration, in particular when they are protected against the uptake of further dissolved oxygen,
such as by flooding the surface with an inert gas or - as it is carried out with certain dental filling compounds by covering with an oxygen-impermeable coating made of wax or a film material or the like.
A particularly valuable class of monomers are those compounds which have two polymerizable groups on a normally non-reactive molecular core. Preferred compounds within this class are the bisacrylates and bis-methacrylates of complex glycols.
Since some mixtures which can be used according to the invention can be activated by acids, these normally only contain monomers which react neutrally or - in other words - are free of acidic functional groups. They can contain ester and amide groups. In certain embodiments of the invention, however, copolymerizable acidic monomers are used for specific purposes.
Mixtures of monomers can be used to prepare copolymers, and low molecular weight prepolymers derived from such monomers can also be used.
The larger molecules, which have two terminal acrylate or methacrylate groups, can be regarded as prepolymers, since they can sometimes be conveniently prepared by reacting glycidyl acrylate or methacrylate with a complex bisphenol or polyol.
The acrylate-type monomers used in the mixtures include esters of acrylic acid and methacrylic acid with up to about 100 carbon atoms, such as
B. methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, allyl acrylate, 2 ethylhexyl acrylate, butyl methacrylate, fusel oil acrylate, hexyl methacrylate, octyl methacrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate or stearyl methacrylate,
and difunctional esters, such as. B. tetraethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol dimethacrylate and bis phenol-A-bis (glyceryloxymethacrylate) ether, as well as the complicated acrylates described below. Liquid mixtures of monomers of the acrylate type, which in the usual,
Providing copolymers via free radical polymerization in the absence of air, when used in the compositions according to the invention also give copolymers under air-free conditions.
Examples of catalysts suitable for incorporation into the mixtures include: a. Benzoyl peroxide, tert: butyl hydroperoxide, azobisisobutyronitrile, methyl ethyl ketone peroxide and the like.
The triarylborane complexes that are present in the mixtures can usually be represented by the general formula (R) gB Am, in which R is an aryl radical with 6-12 carbon atoms and Am is a compound of sodium hydroxide, ammonia, benzene and the amines existing group means.
In some cases the polymerization appears to proceed to a highly crosslinked or insoluble product. This effect is particularly noticeable when certain compounds are used that contain oxyran groups. These masses can e.g.
B. contain glycidyl acrylate and / or methacrylate, which either has been specially added as such or is present as a result of a reaction of an excess of the same with a phenolic compound in order to obtain a complex bisacrylate. The result seems to be the formation of one another through penetrating, network-like tangled polymer molecules,
which reinforce each other, whereby the mechanical properties of the polymers obtained improve. In these compositions, the polymerization of the acrylate-type monomer groups is probably initiated by the peroxide catalyst and the triarylborane, while at the same time by the basic component of the nitrogen-containing complex - either in the form of the free base or in the form of the cation of the salt, which reacts with the acidic monomer forms,
which is added to activate the mass - a polymerization of the oxirane groups is induced.
The triarylboranes used should be free from interfering with the substituents; However, substituents such as halogen, alkyl and alkoxy substituents can be present in the complexes.
In general, all of these triarylboranes form complexes which are useful in the mixtures. Complexes of simple, unsubstituted triarylboranes are currently preferred because they dissolve more easily in monomers of the acrylate type and can be activated more easily by heating or by acidifying in order to induce polymerization. Triphenylborane complexes are found to be particularly convenient for these reasons.
To form complexes with the triarylboranes, amines can be used which have up to about 20 carbon atoms and pH values of 10 or below. The amines are usually unsubstituted, but substituents such as hydroxyl groups, such as are present in ethanolamine and triethanolamine, do not interfere.
Such substituted amines can therefore also be used for the preparation of complexes who the. Ammonia, benzene, and sodium hydroxide also form useful complexes with triarylboranes and are therefore equivalents to the amines. The nitrogen-containing complexes, which can be easily activated by either heating or acidic acid (such as dissociation), are preferred.
Examples of amines which have no functional substituents other than the amine functions and which form complexes which can be used in the compositions according to the invention are given below, divided into different classes. No functional substituents here means that the amines are free from interfering reactive groups.
Alkylamines: methylamine, dimethylamine, trimethylamine, tributylamine, butylamine, hexylamine, octadecylamine, octylamine, dodecylamine, tetradecylamine, ethylamine, diethylamine, methylethylamine, methylbutylamine, ethylbutylamine,
Methyldibutylamine, propylamine, isopropylamine, tert-butylamine, diisopropylamine, triethylamine. Cycloalkylamines: cyclohexylamine, dicyclohexylamine, cyclohexylene-1,4-bismethylamine.
Aralkylamines: benzylamine, a-methylbenzylamine, m-xylylenediamine, p-xylylenediamine.
Polyamines: ethylenediamine, hexamethylenediamine, triethylenediamine, diethylenetriamine, trietylenetetramine. Heterocyclic Amines:
Pyridine, quinoline, pyrrolidine, β-picoline, piperidine, the pipecoline, piperazine, lutidine, pyridazine, morpholine, N-methylmorpholine. Also useful are some functionally substituted amines, such as. B. ethanolamine and triethanolamine.
The triarylboranes thus form complexes with complexing agents from sodium hydroxide; Ammonia, benzene; the primary, secondary and tertiary alkylamines, cycloalkylamines and alkanolamines; the aralkyl primary amines and alkylene polyamines; and the secondary and tertiary heterocyclic amines.
The amine complexes of the triarylboranes can be prepared by the same methods as described by Brown et al., Journ. Amer. Chem. Soc. 64, 325 (1942) and 67, 374 (1945), for the preparation of complexes of boron alkyls.
These triarylbarane complexes can decompose very slowly in air at different rates, but are relatively stable and can be handled relatively more safely than the triarylboranes from which they are made. This applies in particular to complexes with a higher molecular weight and the more stable complexes that are formed with the more basic amines and with sodium hydroxide.
The triarylborane-amine complexes are used in the compositions according to the invention in an amount of about 0.05-6% by weight based on the monomer of the acrylic type;
and currently about 0.5-1.0 wt% triarylborane complex is usually preferred. The complex is usually added to the monomer before the peroxide catalyst is added.
The peroxide catalysts are preferably incorporated into the present mixtures in an amount of about 0.01-5% by weight. Quantities of about 2-5%, based on the weight of the monomers, are particularly preferred; if the mass by an acidic monomer, such as.
B. methacrylic acid is activated, but amounts of about 0.01-2% are used. These compositions are usually stable and can be stored for up to a year or more. The polymerization of the masses is induced by activation either by moderate heating or by adding an acidic starter.
Certain mixtures contain about 0.5-2.0% by weight of oxirane oxygen, as will be explained in more detail below. The presence of oxirane or epoxy groups in this amount appears to increase the adhesive strength of cured compositions which contain these epoxy groups, even after prolonged exposure to moisture. The oxirane groups can be present in a monomer which can be obtained by reacting an excess of, for.
B. glycidyl methacrylate with a phenolic substance, such as. B. bisphenol A, he has been kept, or can be added to an acrylic type monomer which has been prepared by any other method. It has proven to be advantageous if, in addition to the base of the triarylborane base complex, a small additional amount of a nitrogenous base, such as. B. N, N-dimethyl-p-toluidine, is included.
Such bases can be contained in a sufficient amount in bis-methacrylates or bisacrylates which have been prepared in the manner described above, or a small amount can be added. It is desirable that the base be present in an amount of about 0.5-1.0% by weight. Suitable nitrogenous bases are those which have pK values of about 10 or below, such as.
B. tributylamine, diethylenetriamine, N-methylpiperidine, N-methylmorpholine, 2,5-dimethylpiperazine, 1,2,4-trimethylpiperazine and the like. These nitrogenous bases appear to act as cocatalysts for the polymerization in a certain way.
Many mixtures are liquids at normal temperatures and pressures. However, organic solvents which are inert towards the initiator can optionally be used as diluents. Suitable compatible fillers, pigments, dyes, plasticizers or other desired materials can also be added to the masses for the production of sealing compounds, adhesives, coating compounds or other recipes intended for special purposes.
These additives should react neutrally, since acidic materials would initiate the polymerization prematurely, and must continue not to react with the catalyst and / or the triarylborane.
In the preparation of the masses, the monomers used or the mixture of comonomers used (generally in a more or less purified state, such as, for example, by distillation in the case of monomers of low molecular weight) with any desired compatible solid or liquid additives, such as B. Pigmen th, dyes, plasticizers or fillers, are mixed ver.
The triarylborane-amine complex can now be added to this mixture either directly or in a small amount of a solvent, which may optionally be a copolymerizable monomer, dissolved or suspended. After the addition of the triarylborane complex, the desired peroxide catalyst is expediently added in a suitable amount.
If the constituents are free of any acidic monomers or comonomers, the resulting mass can, as already mentioned above, be stored until it is activated by heating or acidification.
Two-component systems can be used to achieve a longer shelf life and in particular when using an acidic comonomer.
In these two-component systems, the peroxide catalyst and an acidic monomer can be dissolved separately in a small amount of a suitable monomer, this solution then representing the second component of the mass. The first component contains the triarylborane complex and the monomer of the acrylate type. The first component can furthermore optionally contain a monomer containing oxirane groups.
The viscosities of the masses can be reduced by adding liquid or more flowable monomers as required. These two-component systems polymerize rapidly when the two components are mixed with one another in suitable proportions. The polymerization reaction of the compositions generally requires up to about 10 minutes after activation, which has been effected by heating or acidification.
In some cases the polymers can have a relatively low molecular weight and can be soluble in a wide variety of organic solvents; other masses, on the other hand, gel in just 2 minutes after acidification or heating and give high molecular weight polymers in high yield. The fact that the masses polymerize in the presence of air can be seen from the fact that practically no layer of the monomer remains on the surface, although the outer surface may be slightly sticky in some cases.
In many cases, such as B. when filling teeth, the excess polymer is removed together with any weakly sticky surface areas in the final direction of the surface by grinding or drilling away. Spherical lithium aluminum silicate particles are generally valuable as fillers when incorporated into polymerizable organic carriers in order to reduce the coefficients of thermal expansion of the cured products obtained by polymerizing the carriers.
For dental purposes, such suspensions are preferably prepared in order to avoid entrapping air bubbles, but such air inclusions are not harmful for numerous other purposes. The spherical lithium aluminum silicate particles described are also useful as fillers in known dental filling resins instead of the fillers previously used in these resin compositions.
They are advantageous not only in that they have low or negative coefficients of thermal expansion, but also in that they are easier to polish than clay, which is harder, and are more resistant to chipping during chewing, which is likely is due to the mechanical strength of the spherical shape.
As stated above, the polymerization is initiated or activated by heat or acids. In general, heating to temperatures in the order of 80-100 C for a time of about 10 minutes and often well below is sufficient. These temperatures are sufficiently high to bring about an at least partial dissociation of the triarylborane complex into the triarylborane and the base.
Alternatively, acidic substances, such as. B. acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, phosphoric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, p-toluenesulfinic acid and the like, which for the sake of convenience can be dissolved beforehand in a further amount of the mononation, mixed quickly. In these systems, the monomeric acids that participate in the polymer formation, such as.
B. maleic acid, citraconic acid, acrylic acid and methacrylic acid, are preferred, and the polymerized masses obtained in this way adhere better and longer when the cured mass is subjected to prolonged exposure to moisture. Whether any acids will activate the compositions herein, including inorganic acids, most useful results will be obtained using acrylic acid or methacrylic acid.
The following examples explain the novel compositions and the process according to the invention and its application. In the examples, all parts are parts by weight, unless otherwise indicated.
<I> Example 1 </I> A mixture (mixture A) is prepared by mixing 100 parts of fusel oil acrylate, 2 parts of benzoyl peroxide and 3 parts of triphenylborane-ammonia complex. Comparison mixtures are made from 100 parts of the same monomeric fusel oil acrylate with 2 parts of benzoyl peroxide (mixture B) or 3 parts of triphenylborane-ammonia complex (mixture C).
Samples of mixtures A, B and C are heated to 82 ° C. for 10 minutes in the presence of air. The two comparison mixtures (mixtures B and C) show no reaction and remain liquid. The inventive composition (mixture A) is polymerized to form a sticky polymer which is converted into ketones, such as. B. methyl ethyl ketone, is slowly soluble and is suitable for use in adhesives.
<I> Example 2 </I> This example explains an embodiment of the invention in which the monomer is combined with the triarylboron complex to form a first component, while the catalyst is then added simultaneously with an activating acid as the second component. The mass can be polymerized directly without the polymerization being inhibited by the presence of air. The inhibiting effect of air or oxygen is different for the various monomers and is likely to continue to depend on the time and manner of the Luftein effect, d. H. the extent of the ventilation of the mononation that z.
B. may depend in wel cher way is poured out of the container, how long the air is exposed, how large the oxygen dissolving capacity is. etc..
A series of polymerization experiments intended to illustrate this embodiment of the invention were carried out using 50 parts of a mononene as the first component, to which 1 part of various triarylborane complexes was added.
The first component is a mixture of 37.5 parts of the glycidyl methacrylate adduct of bisphenol A (produced by reacting 1 mol of bisphenol A with 1.1 mol of glycidyl methacrylate in the presence of about 1/2 wt. 0/9 N, N-dimethyl-p-toluidine at about 60 C and with a conversion time of 36 hours;
the reaction product is used in the form in which it is obtained during manufacture, d. H. without purification, and therefore contains about 1% oxirane oxygen and N, N-dimethyl-p, toluidine) and 12.5 parts methyl methacrylate, to which 1 part triarylborane complex is added.
The complex is previously dissolved in the methyl methacrylate before it is mixed with the glycidyl methacrylate-Bispher nol-A adduct.
The second component consists in each case of 2 parts of a 5% strength by weight solution of benzoyl peroxide in methacrylic acid.
The two components are mixed together in the presence of air and poured into small aluminum weighing pans; H. the mixture is exposed to the atmosphere. A polymer disk forms within a few minutes at room temperature and after 12 hours the disk was removed from the aluminum dish and weighed,
and any existing unreacted monomers and / or low molecular weight polymers and oligomers were extracted from the disk using methyl ethyl ketone. The weight of the residue (given in o / o of the original weight) is a measure of the extent of crosslinking and polymerization to form a high molecular weight polymer.
Table I shows the yields of insoluble polymer which are obtained using various complexes of triphenylborane.
EMI0005.0017
<I> Table <SEP> 1 </I>
<tb> yield
<tb> complex <SEP> total weight <SEP> (insoluble
<tb> education agent <SEP> after <SEP> 12 <SEP> hours <SEP> polymer)
<tb> NH3 <SEP> 99 <SEP> 96
<tb> N (CH3) 3 <SEP> 99 <SEP> 96
<tb> Ci2H25N <B> 11 </B> 2 <SEP> 98 <SEP> 91
<tb> <B> CSHSN </B> <SEP> 96 <SEP> 81 Table 1I shows the results of otherwise identical tests in which complexes of different bases with other triarylboranes were used.
EMI0005.0021
If these tests are carried out at slightly elevated temperatures at which the complexes dissociate more strongly and are more soluble, the yields of insoluble polymer are higher, and lower amounts of low molecular weight soluble polymers are formed. The differences between the results of the individual experiments are probably due in part to the difficulties in dissolving certain of the complexes, which can actually further hinder the reaction because they do not dissociate and / or react with the methaeric acid before it has entered the polymer molecule .
Another reason for the lower yields of higher molecular weight polymer can be the formation of low molecular weight polymer molecules which are soluble in solvents. If the present compositions are used for embedding, encapsulating or similar purposes, preference is given to systems whose polymerization gives very high yields of high molecular weight polymers.
These compositions contain nitrogen base complexes in which the base is an aliphatic amine or ammonia.
It should be noted that the NN-dimethyl-p-toluidine, which is present in the first component of the composition of the present example together with the glycidyl methacrylate bisphenol A adduct, is known as an accelerator for self-curing dental filling resins, 'cf. Skinner and Phillips, The Science of Dental Materials,>, W. B. Saunders Co., Philadelphia, V. St. A., (1960) p. 170.
If a comparison sample which does not contain a triarylborane base complex, but is otherwise identical to the above two-component system, is used, the yield of insoluble polymer is about 75% and a layer of liquid remains on the surface of the Discs.
Furthermore, the gelation time is then generally longer, as will be explained in the next example. <I> Example 3 </I> A series of experiments similar to that in Example 2 were carried out, but instead of the bisphenol A derivative in the first component, ethylene glycol dimethacrylate with 1% dimethyl-p-toluidine was used as an auxiliary accelerator . The same proportions were used.
The time to gelation at room temperature (about <B> 25 '</B> C) after mixing the components was noted. In the absence of the triarylborane complex, comparison samples took about 5 minutes to turn. The gel time for compositions containing various complexes is given in Table III. When elevated temperatures were used, the times to gelation were generally shorter.
A faster gelation, i.e. H. faster curing is in many cases, such as. B. in tooth filling resins, of importance. For such purposes, of course, elevated temperatures are impractical, so that the faster gelation that can be achieved with the aid of the compositions to be used according to the invention is of great value.
EMI0005.0092
<I> Table <SEP> 111 </I>
<tb> gel time
<tb> Complex <SEP> in <SEP> minutes
<tb> (CioH,) 3B <SEP>. <SEP> <B> C6Ho </B> <SEP> 2.25
<tb> <B> (CBHS) 3B </B> <SEP>. <SEP> CSH5N <SEP> 2.5
<tb> <B> (CH3CBH4) 3B </B> <SEP>. <SEP> CSHSN <SEP> 2.5
<tb> (C6H5) 3B <SEP>. <SEP> NH3 <SEP> 3
<tb> (C6Hs) 3B <SEP>. <SEP> N (CH3) s
<tb> (FC.H4) 3B. <SEP> H2N-C (CH3) 2CH20H <SEP> 5 Example <I> 4 </I> _ This example explains the effect that the triphenylborane-ammonia complex has on the polymerisation of various monomers carried out in air of the acrylate type.
Aluminum nails with heads 0.64 cm in diameter were washed with acetone and then bonded head-to-head by polymerizing the monomers in place for about 16 hours at 35 ° C.
This long polymerization time was used in order to eliminate possible fluctuations in strength as a result of different polymerization times, although the polymerization is practically complete in less than 20-30 minutes. Table IV shows the tensile strength values obtained using 4 different monomers.
In each sample, the compositions according to the invention contained, in addition to the specified monomers, 3% by weight of benzoyl peroxide, 1.5% by weight of triphenylborane-ammonia complex and 0.1% by weight of N, N- Dim = ethyl-p-toluidine as an activator. The comparison samples contained no triphenylborane ammonia, but were otherwise identical.
EMI0006.0036
In the event of a break, the bond between the polymer composition and the nail heads is loosened and not a break within the polymer composition. From the data in the table above, therefore, the superior bond strength achieved using the new compositions can be seen.
<I> Example S </I> A measure which is free from oxirane oxygen and N, N-dimethyl-p-toluidine is made from 100 parts of 2-ethylhexyl acrylate, 3 parts of benzoyl peroxide and 1.5 parts of triphenylborane-ammonia complex and polymerized by heating at 82 ° C. for 15 minutes.
A comparison sample which did not contain any triphenylborane-ammonia complex was polymerized under similar conditions. The polymers obtained were washed thoroughly with n-hexane in order to remove low molecular weight polymers and unreacted monomer, and dried.
The remaining polymer masses had intrinsic viscosities (measured at a concentration of about 0.45 g1100ems in methyl ethyl ketone) of 1.18 and 1.24, respectively.
In the case of the composition processed according to the invention, a weight difference of about 3% was found between the amount of monomers used and the amount by weight of high molecular weight polymer obtained,
while in the comparison sample 15% of the monomer either remained unpolymerized or converted into low molecular weight polymers.
EXAMPLE Other monomeric bisacrylates and bis-methacrylates (these terms also include the polyacrylates and the polymethacrylates) can also be used in the new compositions and can be prepared by processes such as those described above for the addition of glycidyl methacrylate to bisphenol A.
An extended list of such reactive bisphenols can be found in US Pat. No. 2,829,175 in columns 3-7. Other useful adducts are prepared in the same way from alkenyl-substituted diphenylolmethanes, such as.
B. 3,3'-diallyl-4,4'-diphenylol propane, and obtained from diphenolic acid compounds, their. Acid group is protected, such as. B. is in amide form. Bisphenols, which have connecting chains containing oxygen, and novolaks of bisphenols, the polyadducts with z. B. Glycidyhnethacrylat form are also useful.
Monomers which can be used for the purposes according to the invention can very generally be prepared using glyceryl oxyaerylate and methacrylate ethers of phenols which have non-acidic linking groups in their molecule.
The present example explains in particular the preparation and the properties of compositions in which such complicated glyceryl oxymethacrylate ethers are used.
The prepolymer ethers used in the present example are given below:
EMI0006.0148
Bisphenol A glycidyl methacrylate adduct
EMI0007.0001
3,3'-Diallylbisphenol-A-glycidyl methacrylate adduct
EMI0007.0004
m, p, p, m-bisglycidyl methacrylate adduct, where the letters m, p, p,
m to designate the position of the oxygen atoms in the phenolic nuclei
EMI0007.0010
Sebacyl bisresorcinol glycidyl methacrylate adduct
EMI0007.0012
Bisphenol A bisether glycidyl methacrylate adduct derived from a polypropylene glycol, where n has an average value of about 7 when the polypropylene glycol has an average molecular weight of 425.
It can be seen that acrylates of this type made from higher polyethylene and polypropylene glycols can contain up to about 100 carbon atoms or more. Furthermore, each of the specified prepolymers 1-V contains about 10/0 oxirane oxygen and 0.9% N, N-dimethyl-p-toluidine because of the process used in the production.
The compositions are prepared as described under Example 2 using one of the above-mentioned prepolymers I to V, which were combined with 1% by weight of triphenylborane-ammonia complex and 10% by weight of methyl methacrylate. This mixture was the first component of the mass.
A 5% strength by weight solution of benzoyl peroxide in methacrylic acid was used as the second component.
The first components (100 parts by weight) are mixed thoroughly and quickly with 4 parts of the peroxide-containing methacrylic acid component, and the mixture was immediately applied to the flat surfaces of a pair of approximately 10X18 cm aluminum panels (previously prepared according to US military specification MIL-A- 5090B had been cleaned and etched) along the longitudinal edges.
The individual pairs of aluminum panels were overlapped by 12.7 mm and allowed to polymerize under low pressure (about 0.7 kg / cm ') for 5-10 minutes. The pressure was then released and the panels were allowed to stand for 1 to 3 days. In this way, 6 sets of test panels were made. The polymer that emerged at the overlap points was removed and the panels were sawn into test strips 2.54 cm wide.
The strengths of the adhesive joints were tested with the aid of an Instron tester at various temperatures and at 24 C after they had been exposed to a relative humidity of 100% at a temperature of 54.5 C for up to 60 days. Each test strip was held at the specified temperature for 20 minutes prior to testing.
In Table V the results are given in kg / cm2. When the tests were repeated, the differences between the results were usually less than about 10% of the mean, occasionally up to 15%.
EMI0008.0029
<I> Table <SEP> V </I>
<tb> prepolymer mass <SEP> I <SEP> 1I <SEP> III <SEP> IV <SEP> V
<tb> temperature
<tb> in <SEP> C <SEP> tensile strength <SEP> in <SEP> kg / cm2
<tb> - <SEP> 55.5 <SEP> 35 <SEP> 29.4 <SEP> 35 <SEP> 56 <SEP> 22.4
<tb> + <SEP> 24 <SEP> 56.7 <SEP> 91 <SEP> 82.6 <SEP> 86.8 <SEP> 87.5
<tb> + <SEP> 82 <SEP> 89.4 <SEP> 37.1 <SEP> 245 <SEP> - <SEP> 92.4
<tb> +121 <SEP> 110 <SEP> - <SEP> 87.5 <SEP> - <SEP> +149 <SEP> 64.4 <SEP> - <SEP> 72.8 <SEP> - <SEP > Duration of action <SEP> from
<tb> 100 <SEP> <B>% </B> <SEP> more relative
<tb> moisture
<tb> at <SEP> 54.4
<tb> (i <U> n </U> <SEP> days)
<tb> 15 <SEP> 74.9 <SEP> 77.9 <SEP> 93.8 <SEP> 118.3 <SEP> 70
<tb> 30 <SEP> 81.9 <SEP> 60.9 <SEP> 87.5 <SEP> 50.4 <SEP> 60 <SEP> 82.6 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 82.6 The dashes mean
that no test was carried out with this sample at this temperature. The adhesive strength of masses I and V after 60 days of exposure to 100% relative humidity is particularly excellent, as is the strength of the bonds in masses I and III at elevated temperatures.
<I> Example 7 </I> The compositions to be processed according to the invention can contain other monomers which serve for dilution, as well as an activating monomeric acid, to increase the flowability. The present example and example 8 serve to explain results obtained with various of these ingredients. The monomers used in the individual experiments for dilution are given in Table VI below.
Two-component compositions were prepared using prepolymer I from Example 6 (which contains about 1% oxirane oxygen in the form of glycidyl methacrylate and 0.9% N, N'-dimethyl-p-toluidine).
The actual molar composition for the individual components was as follows:
EMI0008.0067
Component <SEP> 1 <SEP> Mol
<tb> prepolymer I adduct <SEP> 0.0032
<tb> (the
<tb> glycidyl methacrylate <SEP> 0.00113
<tb> and
<tb> N, N'-Dimethyl <SEP> p-toluidine <SEP> contains) <SEP> 0.00015
<tb> for <SEP> dilution
<tb> Serving <SEP> monomer <SEP> 0.0007-0.002
<tb> triphenylborane ammonia complex <SEP> 0.00008
<tb> component <SEP> 2 <SEP> mol
<tb> methacrylic acid <SEP> 0.00142
<tb> for <SEP> dilution
<tb> Serving <SEP> monomer <SEP> 0.0001-0.00032
<tb> Benzoyl peroxide <SEP> 0.00003 The amount of the monomer used for dilution is varied for the individual samples,
so that contents of 10, 20 and 30 mol% of the total mass were used.
To prepare component 1 of the various compositions, about 0.02 g of triphenylborane ammonia complex were dissolved in 0.0007, 0.0014 or 0.0020 mol of the diluting monomer to obtain a content of 10.20 or 30 mol% to achieve.
These solutions were added to 1.8 g of the pre-polymer I (which contains the glycidyl methacrylate and the N, N'-dimethyl-p-toluidine). The components 2 were prepared by adding 0.00010, 0.00020 or 0.00032 mol of the monomer used for dilution to 0.13 g of a solution of 0.50 g of benzoyl peroxide in 8.0 g of methacrylic acid. Components 1 and 2 of the respective compositions were mixed with one another and applied to aluminum panels as described in Example 6. The test strips were also made as in Example 6.
The lap shear strengths were determined at different temperatures, as well as after exposure to a relative humidity of 100% at a temperature of 54.4 ° C. for 30 days.
The results of the lap shear strength in kg / cm 'are given in Table VII, the numerical values having been measured under 30 days of treatment at 100% relative humidity and 54.4 ° C. at 24 ° C. after 30 days of treatment under the specified conditions has been.
EMI0009.0001
<I> Table <SEP> VI </I>
<tb> lap shear strength
<tb> 30 <SEP> days
<tb> Treatment <SEP> at
<tb> 100 <SEP>% <SEP> more relative
<tb> For <SEP> dilution <SEP> moisture
<tb> <U> <SEP> Monom </U> eres <SEP> used (in <SEP> <U> / o) </U> <SEP> 24 <SEP> C <SEP> 82 <SEP> C <SEP> 121 <SEP> C <SEP> and <SEP> 54,4 <SEP> C
<tb> <B> 1 </B> / o <SEP> Ethyl acrylate <SEP> 10 <SEP> 46.2 <SEP> 112.0 <SEP> 81.2 <SEP> 64.4
<tb> 20 <SEP> 54.6 <SEP> 91.7 <SEP> 74.9 <SEP> 65.8
<tb> 30 <SEP> 58.1 <SEP> 103.6 <SEP> 70.0 <SEP> 73.5
<tb> o / o <SEP> butyl acrylate <SEP> 10 <SEP> 57.4 <SEP> 89.6 <SEP> 84.0 <SEP> 71.4
<tb> 20 <SEP> 60.9 <SEP> 86.1 <SEP> 66.5 <SEP> 79.8
<tb> 30 <SEP> 65.1 <SEP> 85.4 <SEP> 50.4 <SEP> 81.9
<tb> o / o <SEP> isooctyl acrylate <SEP> 10 <SEP> 36.4 <SEP> 68.6 <SEP> 25.9 <SEP> 89.6
<tb> 20 <SEP> 74.2 <SEP> 49.7 <SEP> 25.9 <SEP> 71,
4th
<tb> 30 <SEP> 77.0 <SEP> 50.4 <SEP> 17.5 <SEP> 72.8
<tb> o / o <SEP> phenyl acrylate <SEP> 10 <SEP> 34.3 <SEP> 68.6 <SEP> 50.4 <SEP> 20 <SEP> 74.2 <SEP> 56.0 <SEP > 30.1 <SEP> 30 <SEP> 82.6 <SEP> 29.4 <SEP> 16.8 <SEP> 1 / o <SEP> Acrylonitrile <SEP> 10 <SEP> 57.4 <SEP> 104 , 3 <SEP> 81.2 <SEP> 61.6
<tb> 20 <SEP> 82.6 <SEP> 108.9 <SEP> 81.2 <SEP> 74.2
<tb> 30 <SEP> 55.3 <SEP> 82.6 <SEP> 43.4 <SEP> 79.8
<tb> o / o <SEP> methyl methacrylate <SEP> 10 <SEP> 42.0 <SEP> 128.8 <SEP> 71.4 <SEP> 66.5
<tb> 20 <SEP> 68.6 <SEP> 139.3 <SEP> 69.3 <SEP> 109.2
<tb> 30 <SEP> 67.9 <SEP> 120.4 <SEP> 67.9 <SEP> 64.4
<tb> / o <SEP> hexyl methacrylate <SEP> 10 <SEP> 53.9 <SEP> 106.4 <SEP> 74.2 <SEP> 77.7
<tb> 20 <SEP> 44.8 <SEP> 109.2 <SEP> 67.2 <SEP> 85.4
<tb> 30 <SEP> 99.4 <SEP> 88.9 <SEP> 45.5 <SEP> 72.8
<tb> o / o <SEP> Hydroxyethyl methacrylate <SEP> 10 <SEP> 53.9 <SEP> 88.9 <SEP> 51,
1 <SEP> 20 <SEP> 56.7 <SEP> 111.6 <SEP> 70.7 <SEP> 67.9
<tb> 30 <SEP> 44.8 <SEP> 104.3 <SEP> 58.8 <SEP> 65.8 <I> Example 8 </I> The amount of the monomeric acids used in the compositions affects one to a certain extent the properties of the polymers obtained. Similar tests as described above were carried out using various amounts of acrylic acid and methacrylic acid. The first component consisted of 90 parts of prepolymer I (the excess oxirane oxygen in the form of
Glycidyl methacrylate and N, N'-dimethyl-p-toluidine, as was the case in the previous examples), 10 parts of methyl methacrylate and 1 / o by weight of triphenylborane-ammonia complex. The second component of the mass consisted of 80 parts of the monomeric acid, 20 parts of methyl methacrylate and 5 parts of benzoyl peroxide. The total percentage of monomeric acid (and at the same time of catalyst)
was varied using different amounts of the second component; H. 4, 8 or 12 drops of the second component per 2.0 g of component 1 (which corresponds to about 7, 14 or 20% by weight of the monomeric acid). The tests were carried out as in Example 7 and furthermore under the action of 100% relative humidity for 60 days.
The results (in kg / cm ') of the lap shear strength are given in Table VII.
EMI0010.0001
<I> Table <SEP> V11 </I>
<tb> lap shear strength
<tb> 30 <SEP> days <SEP> 60 <SEP> days
<tb> at <SEP> 100 <SEP> <B>% </B> <SEP> at <SEP> 100 <SEP>%
<tb> relative <SEP> relative
<tb> Monomers <SEP> Acid <SEP> -55.56 <SEP> C <SEP> 23.89 <SEP> C <SEP> 82.22 <SEP> C <SEP> 121.11 <SEP> C < SEP> humidity <SEP> humidity
<tb> Acrylic acid <SEP> (in <SEP> <B> 0/9) </B> <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 77.0 <SEP> 110.6 <SEP> 103.6 < SEP> 91.0 <SEP> 91.0
<tb> 14 <SEP> 41.3 <SEP> 140.0 <SEP> 145.6 <SEP> 130.2 <SEP> 114.1 <SEP> 93.1
<tb> 20 <SEP> 59.5 <SEP> <B> 1 </B> 59.6 <SEP> 155.4 <SEP> 130.2 <SEP> 142.8 <SEP> 116.2
<tb> Methacrylic acid <SEP> (in <SEP>%) <SEP> 7 <SEP> 35.7 <SEP> 58.1 <SEP> 92,
4 <SEP> 113.4 <SEP> 79.8 <SEP> 65.8
<tb> 14 <SEP> 25.9 <SEP> 6 <B> 1 </B>, 6 <SEP> 100.8 <SEP> 97.3 <SEP> 88.2 <SEP> 117.6
<tb> 20 <SEP> 28, <B> 0 </B> <SEP> 53.2 <SEP> 110.6 <SEP> 116.2 <SEP> 95.2 <SEP> 78.4 It was found that all of the above compositions retain a remarkable strength (greater than 56 kg / cm2 even at temperatures of 149 C), and that this property apparently increases as the amount of methacrylic acid increases. When non-monomeric acids (i.e.
Acids which cannot function as comonomers in the acrylate polymerisation) are used in similar masses, there is practically no retention of the adhesive strength after treatment with 100% relative humidity after the test described above.
Among the non-monomeric acids that gave poor results in this test are certain strong acids such as. B. trifluoroacetic acid, sulfuric acid and phosphoric acid, and be certain weaker acids such. B. acetic acid, p-toluenesulfinic acid and pyromellitic acid.
Overlap shear tests on aluminum panels using similar masses as above, but which additionally contained 50-70% by weight of spherical lithium aluminum silicate,
showed values of 105-70 kg / cm2 both before and after the 30-day exposure to 100% relative humidity at 54 C. An additional 30 days of treatment under the specified humidity and temperature conditions does not appear to result in any significant reduction in bond strength.
On the contrary, a certain increase in the adhesive strength can even be determined, which may be due to a slow penetration of the polymer mass with epoxy resin polymer molecules.