CN105814145A - 包含羟基的聚硅氧烷-聚酯-丙烯酸酯粘合剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含羟基的聚硅氧烷?聚酯?丙烯酸酯粘合剂、其制备方法及其用途。
Description
本发明涉及含羟基的聚硅氧烷-聚酯-丙烯酸酯粘合剂,它的制备方法以及它的用途。
用于现代涂料体系的粘合剂必须满足诸多要求。因此它们一方面必须具有某些涂料技术特性例如抗刮擦性、遮盖能力和耐候性,另一方面应确保好的可加工性、经济的制备并满足法律规定。
EP 0006517描述了用于制备涂覆材料的基于聚丙烯酸酯树脂和聚酯的硅氧烷-改性的粘合剂。那里描述的粘合剂的缺点是,在足够低的VOC值(挥发性有机化合物)的情况下,它们常常不再具有所期望的性能属性,例如耐候性以及化学品耐受性不足。
EP 1247823描述了可通过聚酯组分与丙烯酸酯组分的聚合制备的含溶剂的粘合剂。那里描述的粘合剂的缺点是,由于过高的VOC值,不能实现VOC含量<250 g/L的环境友好的涂料。此外,由于过高的粘度,不能制备固体含量超过75重量%的这样的粘合剂。
本发明的目的是提供改进的粘合剂,其可以用于提供耐用的涂料。
上述复杂的目的通过本发明的粘合剂得以实现。
本发明的第一主题是基于羟基-官能的丙烯酸酯树脂A)、烷氧基-和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷B)、一种或多种二羧酸或多元羧酸C)以及一种或多种二醇或多元醇D)的粘合剂,其中所述组分A)至D)彼此缩合地存在于该粘合剂中。
所述的粘合剂可通过以上所述的组分A)至D)的缩聚得到。
本发明粘合剂的优点是所提供的粘合剂克服了现有技术的缺点。更特别地,本发明粘合剂的特点是在涂料中低于250 g/L、特别是低于100 g/L的低VOC值。 此外,当用在涂料中时,本发明的粘合剂导致所得的涂料产生提高的耐用性、增强的防腐保护和提高的化学品耐受性。
本发明的粘合剂基本上由4种成分组成。
成分A)是羟基-官能的丙烯酸酯树脂。
所述羟基-官能的丙烯酸酯树脂A)包含以下组分或已由其制得:至少一种甲基丙烯酸的烷基酯,特别是甲基丙烯酸甲酯,至少一种甲基丙烯酸的羟烷基酯,丙烯酸和其它的烯键式不饱和单体。
所述羟基-官能的丙烯酸酯树脂A)包含以下组分或已优选由其制得:
35到50重量%的芳族乙烯基化合物,
10到25重量%的一种或多种(甲基)丙烯酸的羟烷基酯,
5至20重量%的一种或多种(甲基)丙烯酸的烷基酯,
3到10重量%的丙烯酸和/或甲基丙烯酸,和
12到30重量%的饱和脂肪族单羧酸的缩水甘油酯,该脂肪族单羧酸具有9-12个碳原子且在α碳原子上支化,优选为叔碳酸缩水甘油酯,
各自基于组分A)的总重量计。
所述芳族乙烯基化合物可以是苯乙烯、α-甲基苯乙烯或乙烯基甲苯。
根据本发明可以使用的丙烯酸和/或甲基丙烯酸的羟烷基酯是在羟烷基基团中具有2至5个碳原子的(甲基)丙烯酸的羟烷基酯,例如丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟丙基酯、丙烯酸羟丙基酯、甲基丙烯酸羟丁基酯、丙烯酸羟丁基酯或它们的混合物。
根据本发明的(甲基)丙烯酸的烷基酯特别是在烷基基团中具有1至12个碳原子的烷基酯。这些包括,例如,甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙基己基酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯和甲基丙烯酸叔丁酯。
组分A)的摩尔质量Mn在900到4000 g/mol的范围内,优选在1000到3000 g/mol的范围内,特别优选在1000到2000 g/mol的范围内。
所使用的羟基-官能的丙烯酸酯树脂的羟基数优选在85到160 mg KOH/g之间。
适合作为组分A)的羟基-官能的丙烯酸酯树脂是,例如,商购可得的树脂Synthalat™ A-TS 3737 (来自Synthopol),Synocure™ 9293 (来自Arkema)或Joncryl™SCX 507 (来自BASF)。
本发明粘合剂的成分B)是烷氧基-和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷。所用的烷氧基-和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷优选具有在300和5100 g/mol之间,优选在400和3000 g/mol之间,非常特别优选在450和1800 g/mol之间的分子量Mn。
在本发明范围内,分子量通过GPC测量进行测定。为测定重均分子量Mw、数均分子量Mn和多分散性Mw/Mn,遵循如下测量条件∶柱组合 SDV 1000/10000 Å (长度65 cm),温度30℃,THF作为流动相,流速1ml/min,样品浓度10 g/l,RI检测器。相对聚苯乙烯标准物(162-2570000 g/mol)评估所述烷氧基-和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷。
组分B) 特别是非直链的、支化的烷氧基-官能的和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷,优选通式1的那些,
式1
其中R1彼此独立地为烷基、芳基或烷氧基、羟基或-OSi(R3)3基团,其中R3彼此独立地可为烷基、芳基、烷氧基、羟基或-OSi(R3)3基团,
且其中R2可彼此独立地可为氢、烷基或芳基,优选为烷基,非常特别优选为甲基或乙基,并且n>1。
在式1中,取决于所选择的基团R1、R2和任选的R3的性质,特别是如此选择n,使得所述烷氧基-官能的和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷的分子量Mn在300到5100 g/mol之间,优选在400到3000 g/mol之间,非常特别优选在450到1800 g/mol之间。
在烷基的情况中,优选是具有1-18个碳原子的直链或支链烷基,特别是甲基。
在芳基的情况中,优选是具有6到18个碳原子的芳基,特别是苯基。
在烷氧基的情况中,优选是具有1-18个碳原子的直链或支链的烷氧基,特别是甲氧基或乙氧基。
在式1中,n>1意味着根据式1的烷氧基-官能的和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷具有至少两个-Si(R1)2-O-单元。在这种情况下,无论是在各Si(R1)2-O-单元内部还是在它们之间,基团R1可彼此独立地选自上述的基团,因此可以任意方式彼此组合。
因此,优选使用的式1的烷氧基-官能的和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷是(苯基)-甲基聚硅氧烷,其中甲氧基官能的或乙氧基-官能的(苯基)-甲基聚硅氧烷是特别优选的。
式1的烷氧基-官能的和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷优选包含大约4到70个硅原子。
因此,式1的烷氧基-官能的和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷可包含以下的结构要素∶
M、MOR、D、DOR、T、TOR和Q,其中:
M = [(R4)3SiO1/2]
D = [(R4)2SiO2/2]
T = [(R4)SiO3/2]
Q = [SiO4/2],
MOR = [(R5)3-m (R4)mSiO1/2]
DOR = [(R5)2-p (R4)pSiO2/2]
TOR = [(R5)SiO3/2]或[(R4)SiO3/2],
其中R5 = 具有至多18个碳原子的脂族或芳族烷氧基基团或羟基,优选甲氧基或乙氧基,
R4 = 具有至多18个碳原子的脂族或芳族烷基或芳基基团,优选苯基或甲基,
m = 0、1、2或3
且p = 0、1或2。
所述烷氧基-和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷的烷氧基含量或硅烷醇含量在5和30重量%之间,优选在8和25重量%之间,非常特别是在优选10和 20重量%之间。
用作组分C)的是二羧酸或多元羧酸,特别是芳族、脂族或脂环族的二羧酸或多元羧酸和它们的衍生物,例如邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸、马来酸酐、富马酸、琥珀酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸二甲酯、萘二甲酸、环己烷二甲酸、六氢邻苯二甲酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、壬二酸、1,12-十二烷二甲酸和1,14-十四烷二甲酸,以及它们的二酯和酐。
优选使用邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、对苯二甲酸和/或对苯二甲酸二甲酯、己二酸、马来酸酐、富马酸、琥珀酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐作为组分C)。
充当组分D)的是二醇或多元醇,特别是脂族多元醇,例如乙二醇、丙二醇[1,2和1,3]、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、 新戊二醇及其它新二醇类 (羟基特戊酸新戊二醇酯;三甲基戊二醇;聚醚多元醇)。可使用的多元醇例如是三羟甲基丙烷、季戊四醇、二-三羟甲基丙烷,等等。作为脂环族多元醇的例子,可以使用全氢化双酚A、二羟甲基环己烷和3(4),8(9)-二羟基甲基-三环[5.2.1.02.6]癸烷(TCD-醇-DM)。
此外,还可添加用于控制缩聚的单羧酸和一元醇作为组分C)和D)。适合的单羧酸例如是苯甲酸、异壬酸、2-乙基己酸、叔碳酸或者饱和或不饱和脂肪酸;适合的一元醇例如是1-辛醇、十二烷醇、十六烷醇、2-乙基已醇、2-辛基十二烷-1-醇。
本发明的粘合剂由如上所述的组分制备。本发明的粘合剂是聚硅氧烷-丙烯酸酯-聚酯混合粘合剂。术语聚硅氧烷混合粘合剂定义为由烷氧基-或硅烷醇-官能的支化聚硅氧烷组成的组合物,该支化聚硅氧烷经由Si-O-C或Si-C链接基团与有机基团或树脂相连。有机组成单元如一元醇或多元醇/多元醇的化学连接,以及OH-官能的聚丙烯酸酯的连接经由所述聚硅氧烷的烷氧基-或硅烷醇基团进行,形成Si-O-C键。
本发明的粘合剂总共由丙烯酸酯组分A)、聚硅氧烷组分B)和由C)和D)构成的聚酯组分组成。特别优选地,以粘合剂的固体含量计,本发明的粘合剂由10到50重量%的组分B)和50-90重量%的由组分A)和聚酯组分的组合组成,所述聚酯组分由C)和D)构成。
组分A)与由组分C)和D)构成的聚酯成分的重量比尤其为1:9到9:1,优选3:7到7:3。以所有组分的总量计,一元醇或单羧酸的比例尤其为2到20重量%。所述的重量比例总计为100重量%。
本发明的另一主题是制备根据本发明的粘合剂的方法,其中使羟基-官能的丙烯酸酯树脂A)、烷氧基-和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷B)、一种或多种二羧酸或多元羧酸C)和一种或多种二醇或多元醇D)经由缩聚彼此反应。
本发明方法优选以所谓的“一锅法合成”在80-260℃、优选在180-230℃的温度下进行;也就是说,前述的组分A)至D)在所述的温度下彼此反应。
在组分A)至D)的缩聚反应中,可以额外地使用酯化催化剂,例如路易斯酸、酸类或碱。典型的催化剂是有机钛-或有机锡化合物,例如钛酸四丁酯或二丁基氧化锡。还可以想到基于其它金属例如锌或锑的催化剂,以及不含金属的酯化催化剂。以组分A)至D)的总量计,所添加的催化剂的量通常为0.01到1.0重量%,优选为0.05到0.3重量%。
在缩聚反应期间,完全蒸馏除去所形成的水以及醇。这可以例如借助共沸蒸馏来实现。本发明的缩聚反应持续进行直到达到羟基数和酸值的目标值。所得到的不含溶剂的缩聚产物是高粘度的、粘的或固体的材料,根据组成,该材料具有不同的粘度、羟基数和酸值。
本发明粘合剂的期望的OH数在80到300 mg KOH/g范围内,优选在150到230 mgKOH/g范围内。该OH数通过滴定测定。样品在吡啶存在下借助乙酸酐乙酰化。每一羟基产生1mol的乙酸,同时过量的乙酸酐产生2 mol的乙酸。
通过滴定由主值和平行进行的空白值之间的差值确定乙酸的消耗。考虑在主实验和空白实验中消耗的0.5 N氢氧化钾水溶液的ml数,以及样品的酸值和初始质量,计算羟基数。
a = 在主实验中消耗的0.5 N氢氧化钾水溶液的ml数
b = 在空白实验中消耗的0.5 N氢氧化钾水溶液的ml数
E = 以g表示的初始质量。
本发明粘合剂所期望的酸值在 0.1到20 mg KOH/g范围内,优选在1到10 mg KOH/g范围内,非常特别优选在1.5到7 mg KOH/g范围内。酸值同样通过滴定法测定。酸值表示为中和含于1g脂肪酸中的游离脂肪酸需要多少mg KOH。称出适当的初始质量装入玻璃烧杯中,溶解在大约100 ml中和的乙醇中,并用氢氧化钠水溶液电位滴定至终点。酸值的估算按如下确定:
V = 消耗的滴定剂(ml)
n = 滴定剂的当量浓度(Normalität)
MW = 酸的摩尔质量
E = 样品的初始质量(g)
f = 滴定剂因子(Faktor Titrant)。
所述缩聚采用或不采用溶剂进行,优选在无溶剂存在下进行。
取决于粘度,可使用适合的溶剂,例如乙酸正丁酯、芳族或非芳族溶剂或其它溶剂,来调节固体含量。优选的溶剂特别是:二醇醚类如乙二醇二甲醚,二醇醚酯类、酯类如丁基乙二醇乙酸酯、3-甲氧基-正丁基乙酸酯、乙酸丁酯、乙氧基丙基乙酸酯,酮类如甲乙酮、甲基异丁基酮、芳族烃类如二甲苯,Solvesso 100和Shellsol A。特别适合的是乙酸丁酯。
优选固体含量> 80重量%,特别优选> 85重量%,非常特别优选>90重量%。
本发明粘合剂的分子量Mn在700到3000 g/mol之间,优选在800到2000 g/mol之间。
在进一步优选的实施方案中,本发明的粘合剂可以与二-或多异氰酸酯、异氰酸酯硅烷和/或氨基硅烷反应。因此,对本发明粘合剂进行了改性。同时,在本发明的范围内,也可以是多重反应;也就是说,例如,本发明的粘合剂可以首先与二-或多异氰酸酯反应,随后与氨基硅烷反应。优选以这样的方式进行所述改性,使得本发明的粘合剂在最终产物中具有烷氧基甲硅烷基基团。
适合的二-和/或多异氰酸酯优选是本身已知的取代或未取代的芳族、脂族、脂环族和/或杂环的多异氰酸酯。优选的二-和/或多异氰酸酯的实例是甲苯-2,4-二异氰酸酯,甲苯-2,6-二异氰酸酯,二苯甲烷-4,4'-二亚苯基二异氰酸酯,二苯甲烷-2,4'-二异氰酸酯,六亚甲基二异氰酸酯,异氟尔酮二异氰酸酯(Vestanat® IPDI),二环己基甲基二异氰酸酯(Vestanat® H12MDI)。另外,优选的多异氰酸酯是上述二异氰酸酯的缩二脲二聚物和异氰脲酸酯三聚物。
特别优选的多异氰酸酯是六亚甲基-1,6-二异氰酸酯,异氟尔酮二异氰酸酯和二环己基甲基二异氰酸酯,它们的缩二脲二聚物和/或异氰脲酸酯三聚物。
优选的氨基硅烷是双-(3-丙基三甲氧基甲硅烷基)胺,双-(3-丙基三乙氧基甲硅烷基)胺,氨基丙基三甲氧基硅烷,氨基丙基三乙氧基硅烷,N-(正丁基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷,3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷。相应的氨基硅烷可例如以名称DYNASYLAN®得自Evonik Industries AG和以名称Silquest™得自Momentive。
优选的异氰酸酯硅烷是3-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷(得自Evonik IndustriesAG的Vestanat® EP-IPMS)或3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷。在优选使用这类异氰酸酯硅烷的情况下,可以直接改性成甲硅烷基三烷氧基-官能的聚硅氧烷-丙烯酸酯-聚酯。
本发明的OH-官能的聚硅氧烷-丙烯酸酯-混合树脂的改性优选可首先用二-或多异氰酸酯随后用氨基硅烷来进行。所得的具有甲硅烷基三烷氧基官能的粘合剂可以简化地用通式2来描述:
其中R1描述与本发明的羟基-官能的聚硅氧烷混合树脂的连接,R2可以彼此独立地为烷基、芳基或烷基-甲硅烷基-三烷氧基,且R3为烷基,优选甲基-或乙基-。
在使用异氰酸酯硅烷时,例如来自Evonik Industries AG的Vestanat® EP-IPMS,进行本发明粘合剂的根据式3的改性,
其中R1描述与本发明的羟基-官能的聚硅氧烷混合树脂的连接且R2为烷基,优选甲基-或乙基-。
本发明的另一主题是本发明的粘合剂在涂料中的用途。同样,包含本发明粘合剂的涂料也是本发明的主题。本发明的OH-官能的粘合剂特别用于制造1-或2-组分的涂料,特别是用于面漆和防腐蚀涂料,在此特别是用于造船业或用于一般工业涂料,例如用于农业机械和工程机械。
其它适合的应用领域是作为用于海上钻井平台或桥梁的防护涂料。本发明的粘合剂特别适合用于具有高气候稳定性以及对酸类、碱类、煤油、汽油、柴油或Skydrol的高化学品耐受性的超高固含量面漆。
在2-组分涂料的情况下,使用例如多异氰酸酯。可用于交联本发明的粘合剂的多异氰酸酯是涂料常用的多异氰酸酯,例如得自Bayer AG的Desmodur® N类型,或者得自Evonik Industries AG的Vestanat® HT类型。可以使用脂族或脂环族的和芳族的多异氰酸酯,例如六亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、4,4'-二异氰酸根合环己基甲烷、甲代亚苯基-2,4二异氰酸酯,邻-、间-和对-苯二亚甲基二异氰酸酯,4,4'-二异氰酸根合二苯甲烷,以及掩蔽的(verkappt)多异氰酸酯,例如被CH-、NH-或OH-酸性化合物掩蔽的多异氰酸酯。此外,同样适合的有包含缩二脲-、脲基甲酸酯-、氨基甲酸酯-或异氰脲酸酯基团的多异氰酸酯。
如此选择多异氰酸酯交联剂的比例,以使得所述聚硅氧烷混合粘合剂的一个羟基分配到0.5至1.5个异氰酸酯基团。过量的异氰酸酯基团能够通过与水分反应而被消耗,并且有助于交联。
在空气水分存在下,这类甲硅烷基烷氧基-官能的粘合剂的固化借助适合的催化剂,通常在室温下进行,甲硅烷基三烷氧基基团水解并缩合。
促进烷氧基甲硅烷基基团的固化的催化剂是本领域技术人员足够已知的。可以示例性提及:锡化合物如二乙酸锡、二辛酸锡、二丁基锡二乙酰丙酮化物、二月桂酸二丁锡、四乙酸锡、二乙酸二丁基锡、二辛酸二丁基锡、二月桂酸二丁锡、二油酸二丁基锡、二甲氧基二丁基锡、二甲基锡、二丁基锡苄基顺丁烯二酸酯、双(三乙氧基甲硅烷氧基)二丁基锡、二乙酸二苯基锡,钛化合物如四乙氧基钛、四正丙氧基钛、四异丙氧基钛、四正丁氧基钛、四异丁氧基钛、四-(2-乙基己氧基)钛、二异丙氧基双(乙基乙酰乙酸)钛、二丙氧基双(乙酰丙酮)钛、二异丙氧基双(乙酰丙酮)钛、二丁氧基双(乙酰丙酮)钛、醋酸三异丙氧基烯丙基钛、异丙氧基辛二醇-钛氧化物或双(乙酰丙酮)钛氧化物,金属脂族化合物如二乙酸铅、二-2-乙基己酸铅、二新癸酸铅、四乙酸铅、四丙酸铅、乙酰丙酮锌、2-乙基己酸锌、二乙酸锌、双-(2-乙基己酸)锌、二新癸酸锌、二-十一烯酸锌、二-甲基丙烯酸锌、四-(2-乙基己酸)-二氯化锆、四(甲基丙烯酸)-二氯化锆、二乙酸钴。此外,作为催化剂也可使用铋催化剂例如所谓的Borchi催化剂,铁(II)-和铁(III)-化合物如乙酰丙酮铁(III)或二乙酸铁,铝化合物如乙酰丙酮铝,钙化合物如乙二胺四乙酸钙,镁化合物如乙二胺四乙酸镁。
此外,胺结构也适合,例如三乙胺、三丁胺、氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、四甲基胍或1,8-二氮杂双环[5.4.0.]-7-十一碳烯、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、1,5-二氮杂双环-[4.3.0]壬-5-烯、N,N-双(N,N-二甲基-2-氨基乙基)-甲胺、N,N-二甲基环己基胺、N,N-二甲基苯基胺或氮-乙基吗啉。 同样有催化活性的是四烷基铵化合物,如氢氧化-N,N,N-三甲基-N-2-羟基丙基铵、2-乙基己酸-N,N,N-三甲基-N-2-羟基丙基铵或2-乙基己酸胆碱。有机或无机Brønsted酸类如甲磺酸、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、1-萘磺酸、樟脑磺酸、乙酸、三氟乙酸或苯甲酰氯、盐酸、磷酸,它们的单酯和/或二酯,例如磷酸丁酯、磷酸(异)丙酯、磷酸二丁酯等,也适合作为催化剂。无机和有机Brønsted碱类,例如氢氧化钠、氢氧化四甲铵、氢氧化钾或氢氧化四丁基铵,也适合作为催化剂。当然也可以使用多种催化剂的组合。
如WO2005/100482中所述,所谓的光潜在(photolatent)碱类也已知作为交联催化剂。光潜在碱类优选是指有具有一个或多个碱性氮原子的有机碱,其首先以阻断的形式存在,并且在用紫外光、可见光或IR辐射照射之后才通过分子的裂解释放出碱的形式。
同样有催化活性的有Du Pont以商标Tyzor®销售的催化剂。同样适用的还有Kenreact® (Kenrich)、Borchi Kat® (Borchers)和K-Cure® / Nacure® (KingIndustries)型的催化剂。
即使没有更进一步的说明,也认为本领域技术人员能够最大程度地利用上文的描述。因此,优选的实施方案和实施例仅应解释为描述性的公开,在任何情况中均其不以任何方式构成任何限制的公开。
下文使用实施例更详细地阐明本发明。可以以类似的方式获得本发明的替代实施方案。
实施例:
在本发明范围内,除了上文已描述的那些测量方法之外还已经使用了以下的方法:
a) 粘度,使用Brookfield LV-DV-I+转轴式粘度计测定
借助Brookfield LV-DV-I+转轴式粘度计(Spindelviskosimeter)测定粘度。布氏粘度计是具有给定的转轴组(Spindelsätzen)作为旋转体的旋转式粘度计。所用的旋转体是LV转轴组。由于粘度的温度依赖性,在测量期间粘度计和所测量液体的温度保持在+/-0.5℃精确恒定不变。除所述LV转轴组之外,另外使用的材料有可热稳定的水浴、0-100℃的温度计(分刻度1℃或更小)和计时器(刻度值不大于0.1秒)。为了实施所述测量,将100ml的样品装入广口瓶中,并在预先校准之后调节温度并在没有气泡存在的情况下测量。为了测定粘度,相对于样品放置所述粘度计使得转轴浸入产物中直到标记处。借助起动按钮来启动所述测量,在此要注意在最大可测量扭矩的50%(+/-20%)的有利测量范围内进行所述测量。测量结果通过粘度计以mPas显示,由此除以密度(g/ml)得到以mm2/s为单位的粘度。
b) 非挥发性成分含量的测定(固体含量的测定)
非挥发性成分的含量的测定是依照DIN EN ISO 3251:2008进行的;其中,在本发明范围内,该试验在125℃进行60分钟来测定固体。
c) 干燥时间测量
为评估粘合剂中催化剂的催化活性,合适的是使用干燥时间测量仪(干燥记录仪)测定干燥时间。ASTM D5895描述了这样的试验方法。与这种试验方法类似,使用干燥记录仪类型BK3(The Mickle Laboratory Engineering Co. Ltd., Goose Green, Gomshall,Guildford, Surrey GU5 9LJ, UK)测量干燥时间。在这种情况下,使用箱式刮刀(Kastenrakel)(Erichsen Model 360)将薄的粘合剂薄膜施加到标准玻璃条上(30 x 2.5cm x 2 mm)。 在此之前,用丙酮而后用乙醇/去离子水混合物去除所述标准玻璃条上附着的灰尘、污垢和油脂。然后使用倒置的杆,滑动片朝左移动到起动位置。然后,刻痕划线器折叠向下放到样品玻璃板上。该试验的持续时间设定为6、12或24小时,并且开始测量。在试验持续时间结束后,将刻痕划线器折叠向上收起,并移除玻璃杯板用于评估。使用适当的时间刻度读出初始干燥时刻和整体干燥时刻。
d) König摆撞硬度
在根据König测定摆撞硬度(DIN 53157或EN ISO 1522)时,摆动的摆锤的减弱充当量度。将具有两个不锈钢球的摆锤放置到漆膜上。在摆锤摆动的持续时间、振幅和摆锤的几何尺寸之间存在物理关系。涂料的粘弹性状是硬度的决定因素。如果使摆锤处于摆动状态,所述球在所述表面上翻滚从而在其上施加压力。回弹是较大还是较小取决于弹性。缺乏弹力造成摆锤运动的严重减振。相反,高弹力造成仅很少的减振。
“König”摆撞硬度:以osc表示的摆动次数。
1 振动= 1.4秒。
e) 光泽度测量和保光性
光泽度测量的原理是以依照DIN EN ISO 2813的定向反射测量为基础。为此目的,在窄的反射角范围内测量反射光的强度。反射光的强度取决于材料和入射光线的角度。对涂料而言,随着入射辐射增加更多的光被反射。其余的入射光穿透材料,根据色调,部分被吸收或被漫散射。光泽测量计的测量结果并不是基于入射光的量,而是基于具有给定折射率的黑色磨光玻璃标准物。对于这种标准物,设定测量值=100光泽度单位(标准化)。
以%表示的涂料表面的保光性使用下式计算:
保光性(%) =
B = 紫外线暴露后的光泽度
A = 紫外线暴露前的光泽度
f) 色差 ∆E。
Delta E,通常写作dE或∆E,是所感知的色差的量度,它尽可能对于存在的所有颜色是“等距的(gleichabständig)”。在此所用的Delta是作为差数的符号。因此,可以定量对颜色的研究。
色差通常作为Delta E给出。相比术语颜色差异,DIN 5033第2部分中优选术语色差。与术语颜色差别(Farbunterschied)相反,色差用于定量形式。现实中存在的任何颜色,甚至仪器发射的或检测到的任何颜色,都可以在三维空间内分配到颜色位置。这个可能性是基于Graßmann定律。
颜色位置(L*, a*, b*)p与(L*, a*, b*)v之间的Delta E的值根据ISO 12647和ISO 13655计算为欧几里得距离:
。
ΔE的评估
对于作为L*a*b*值(或来自极坐标L*C*h*)的欧几里得距离的色差ΔE,通常以下表中提及的评定来说明。
ΔE 评价
0.0 ... 0.5 没有至几乎没有差别
0.5 ... 1.0 差别可以被经训练的眼睛注意到
1.0 ... 2.0 可注意到的颜色差别
2.0 ... 4.0 察觉到颜色差别
4.0 ... 5.0 相当大的颜色差别,很少被容忍
5.0以上 该差别评定为不同的颜色。
在CMC系统中,值ΔE = 1记录为“仍可忍受的颜色偏差”。因为,尽管实现了改善,但颜色空间只有在颜色位置的接近的环境中才是与感知一致的,ΔE = 10和更高的值应该优先视为不同的颜色。
g) QuV-A测试
借助于QUV快速天候老化仪器来模拟涂料的耐候性评估。借助UVA-340灯,所述QUV在光谱的短波组分(介于365 nm和日光下限(295nm)之间的临界短波范围内的日光)给予了对日光的最接近实际的模拟。 QUV提供了关于材料在户外所遭受的损伤的出色的相对预测。所述测试是依照ASTM G 154标准作为循环测试进行的。一个循环包括:
a) 以0.89 W/m2的辐射强度在60℃温度下紫外线照射8小时
b) 在50℃无紫外线照射情况下4小时的冷凝(condensation)窗口
然后,将用实施例制备的粘合剂制造的涂料表面暴露总共1000小时。
实施例1 (本发明)
在反应容器中装入446 g的DC 3074(得自Dow Corning的甲氧基官能的甲基/苯基聚硅氧烷树脂),149 g的新戊二醇,64 g的三羟甲基丙烷,119 g的甲基六氢邻苯二甲酸酐,52.5g的环己基二甲醇,82 g的异壬酸和663 g的Syntalat™ A-TS 3737(来自SynthopolChemie的羟基官能的丙烯酸酯树脂)并在供入氮的情况下加热到180℃,安置的塔附属装置(Kolonnenaufsatz)用于分离反应期间形成的醇和水。将温度连续提高到230℃。
在大约8至13小时以后,在达到酸值< 5mg KOH/g之后终止缩聚。在这种情况下转化率为大约96%。
使用乙酸正丁酯将所得的聚硅氧烷-丙烯酸酯-聚酯混合树脂调整到90重量%的固体含量。得到如下特征数:
固体含量: 90重量% (125℃下1 h)
粘度: 9000 mPa*s
酸值: 2.3 mg KOH/g
羟基数: 184 mg KOH/g。
实施例2 (本发明)
在反应容器中装入98 g的Silres™ SY 231 (得自Wacker的甲氧基官能的甲基-/苯基聚硅氧烷树脂),121 g的Joncryl™ SCX 507 (得自BASF的羟基官能的丙烯酸酯树脂),66g的TegoSoft G20 (2-辛基-1-十二烷醇),27 g的三羟甲基丙烷,18 g的新戊二醇,和42.5g的甲基六氢邻苯二甲酸酐并在供入氮的情况下加热到180℃,安置的塔附属装置用于分离反应期间形成的醇和水。
在大约8至13小时以后,在达到酸值< 5mg KOH/g之后终止缩聚。在这种情况下转化率为大约96%。
使用乙酸正丁酯将所得的聚硅氧烷-丙烯酸酯-聚酯混合树脂调整到80重量%的固体含量。得到如下特征数:
固体含量: 80重量% (125℃下1 h)
粘度: 350 mPa*s
酸值: 2.3 mg KOH/g
羟基数: 110 mg KOH/g。
实施例3 (本发明)
在反应容器中装入755 g的DC 3074(得自Dow Corning的甲氧基官能的甲基-/苯基聚硅氧烷树脂),300.5 g的新戊二醇,119.4 g的单乙二醇,300.5 g的甲基六氢邻苯二甲酸酐,和1877 g的JoncrylTM 507 (得自BASF SE的羟基官能的丙烯酸酯树脂)并在供入氮的情况下加热到180℃,安置的塔附属装置用于分离反应期间形成的醇和水。将温度连续提高到210℃。
在大约8至13小时以后,在达到酸值< 5mg KOH/g之后终止缩聚。在这种情况下转化率为大约96%。
使用乙酸正丁酯将所得的聚硅氧烷-丙烯酸酯-聚酯混合树脂调整到80重量%的固体含量。得到如下特征数:
固体含量: 80重量% (125℃下1 h)
粘度: 1100 mPa*s
酸值: 3.5 mg KOH/g
羟基数: 152 mg KOH/g。
实施例4 (本发明)
向装有回流冷凝器和滴液漏斗的反应容器中预先装入150 g实施例2制备的羟基-官能的聚硅氧烷混合树脂。在室温下,在供入氮的情况下,滴加43 g的Vestanat® IPDI (得自Evonik Industries AG的异佛尔酮二异氰酸酯),并加热到50℃并在该温度保持大约2小时,直到达到4.6% (基于固体树脂计)的理论NCO值。冷却至室温,并在单独的滴液漏斗中滴加 59 g的N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙-1-基-)-N-正丁基胺(得自Evonik Industries AG的Dynasylan® 1189),使得温度不超过40℃。
加入结束后,使用2份乙酸正丁酯和1份异丁醇的溶剂混合物将所得粘合剂调整到70重量%的固体。
粘度:500 mPa*s。
实施例5 (本发明)
在反应容器中装入207.5 g的DC 3074(得自Dow Corning的甲氧基官能的甲基-/苯基聚硅氧烷树脂),692 g的SynocureTM 9293 (得自Arkema的羟基官能的丙烯酸酯树脂)和99g的1-辛醇并在供入氮的情况下加热到100℃,安置的塔附属装置用于分离反应期间形成的醇。
大约6到8小时后,在已达到理论蒸馏量之后终止缩聚。
使用乙酸正丁酯将所得的聚硅氧烷-丙烯酸酯混合树脂调整到78重量%的固体含量。得到如下特征数:
固体含量: 78重量% (125℃下1 h)
粘度: 2430 mPa*s
酸值: 4.2 mg KOH/g
羟基数: 60 mg KOH/g。
在另一反应容器中预先装入222 g的Vestanat® HT 2500 LV (得自EvonikIndustries AG的HDI异氰脲酸酯)。在搅拌下,计量加入278 g的双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺 (得自Evonik Industries AG的Dynasylan® 1124),使得温度不超过40℃。得到如下特征数:
固体含量: 99重量% (125℃下1 h)
粘度: 66 000 mPa*s
NCO数: 3.4重量%。
向反应容器中预先装入 200 g 78%的羟基官能的聚硅氧烷-丙烯酸酯混合树脂,并用74 g的乙酸正丁酯稀释。在搅拌下,加入196 g的甲硅烷基烷氧基官能的异氰酸酯预聚物,并使其在40℃反应大约4到5小时,直到NCO值为零。得到如下特征数:
固体含量: 75重量% (125℃下1 h)
粘度: 4100 mPa*s。
实施例6 (本发明)
向装有回流冷凝器和滴液漏斗的反应容器中预先装入100 g实施例3制备的羟基-官能的聚硅氧烷混合树脂。在室温下,在供入氮的情况下,滴加55.4 g的Vestanat® H12MDI (得自Evonik Industries AG的二环己基甲基二异氰酸酯),加热到50℃并在该温度保持大约2小时,直到达到5.7% (基于固体树脂计)的理论NCO值。冷却至室温,并在单独的滴液漏斗中滴加48 g的双(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺(得自Evonik Industries AG的Dynasylan®1122),24.7 g的二异壬胺和0.8 g的异丁醇,使得温度不超过40℃。
加入结束后,使用乙酸正丁酯将所得粘合剂调整到70重量%的固体。
粘度:4090 mPa*s。
实施例7 (本发明)
向装有回流冷凝器和滴液漏斗的反应容器中预先装入100 g实施例3制备的羟基-官能的聚硅氧烷混合树脂和80 g的Dynasylan® MTES (得自Evonik Industries AG的甲基三乙氧基硅烷)。在室温下,在供入氮的情况下,滴加55.5 g的Vestanat® H12MDI (得自EvonikIndustries AG的二环己基甲基二异氰酸酯),加热到50℃并在该温度保持大约2小时,直到达到4.1% (基于固体树脂计)的理论NCO值。冷却至室温,并在单独的滴液漏斗中滴加49.4g的双(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺(得自Evonik Industries AG的Dynasylan® 1122),26.4g的二异壬胺和0.9 g的异丁醇,使得温度不超过40℃。
加入结束后,使用乙酸正丁酯将所得粘合剂调整到90重量%的固体。
粘度:2500 mPa*s。
2-组分聚氨酯面漆的制备
由实施例1的相应粘合剂如下制备了染成白色的面漆(表1)和清漆 (表2)。充当对比的是Synthalat™ A-HD 6387,得自Synthopol的具有12000到18000 mPa*s的粘度和75%固体的含聚硅氧烷的高固体-丙烯酸酯树脂。
表1
对比例 | 白漆1 | |
对比粘合剂 (75%) | 56.0 | |
实施例1的粘合剂(90%) | 50.0 | |
Tego® Airex 9001 | 0.3 | 0.3 |
Tego® Dispers 6702 | 1.0 | 1.0 |
乙酸丁酯 | 3.6 | |
乙酸丁二醇酯 | 1.5 | 1.5 |
异丁醇 | ||
Thixatrol ST3 | 0.3 | 0.3 |
Kronos 23154 | 33.0 | 35.0 |
Blanc fixe micro5 | 7.7 | 8.0 |
Tib Kat 2186 (10%在BuAc中) | 0.2 | 0.3 |
总重量 | 100 | 100 |
固体 涂料 | 83 % | 89 % |
1 Tego Airex 900是得自Evonik Industries AG的脱空气剂
2 Tego Dispers 670是得自Evonik Industries AG的分散添加剂
3 Thixatrol ST是得自Elementis的流变添加剂
4 Kronos 2315是得自Kronos的二氧化钛
5 Blanc fixe micro是得自Sachtleben的微粉化硫酸钡
6 Tib Kat 218是得自Tib Chemicals的催化剂。
表2
对比例 | 清漆1 | |
对比粘合剂(75%) | 95.0 | |
实施例1的粘合剂(90%) | 95.0 | |
实施例3的粘合剂(70%) | ||
乙酸丁酯 | 5.0 | 5.0 |
总重量 | 100 | 100 |
异氰酸酯固化剂Vestanat® HT 2500 LV混合物:
Vestanat® HT 2500 LV | 80.0 |
乙酸丁酯 | 20.0 |
总重量 | 100 |
使用以下的异氰酸酯固化剂混合物使表1的白漆固化,其中固化剂的比例按照化学计量计算,换而言之按树脂的NCO基团对OH基团的比例:
对比例: 100:24
白漆1: 100:34。
使用以下的异氰酸酯固化剂混合物使表2的清漆固化:
对比例: 100:43
清漆1: 100:69。
为了测试涂料的技术特性,借助上述比例的异氰酸酯固化剂混合物使清漆1以及对比例固化。以几乎相同的大约50 µm的干膜厚度对清漆进行涂层取样,并在室温(大约20到25℃)干燥7天。随后进行的评估有König摆撞硬度,借助干燥记录仪的干燥时间,MEK双摩擦和1000小时UV-A暴露后的UV稳定性。测试结果总结在表3中。
表3: 清漆结果
。
测试了表1的白漆的化学品耐受性。以上文中给出的比例用异氰酸酯固化剂混合物使对比粘合剂的涂料和白漆1固化。以几乎相同的大约50 µm的干膜厚度对白漆进行涂层取样,并在室温(大约20到25℃)干燥7天。随后,在室温(20到25℃)下使涂层暴露于浸渍有表4中列出的化学物质的棉垫8小时。
表4 白漆的化学品耐受性
对比例 | 实施例1 | |
乙酸(10%) | 1 | 1 |
盐酸(10%) | 1 | 1 |
硫酸(50%) | 1 | 3 |
氢氧化钠水溶液(20%) | 1 | 1 |
液压油 | 1 | 1 |
异丙醇 | 2 | 2 |
排名/评估: 1 = 漆表面无变化
2 = 漆表面轻微侵蚀
3 = 漆表面严重侵蚀。
湿固化的面漆的制备
由实施例4-7的相应粘合剂如下制备了染成白色的面漆(表5)和清漆 (表6)。
表5
白漆1 | 白漆2 | 白漆3 | 白漆4 | |
实施例4的粘合剂(70%) | 60 | |||
实施例5的粘合剂(75%) | 56 | |||
实施例6的粘合剂(70%) | 60 | |||
实施例7的粘合剂(90%) | 47 | |||
Tego® Airex 9001 | 0.3 | |||
Tego® Dispers 6702 | 0.9 | |||
乙酸丁酯 | 4.0 | 13.0 | ||
异丁醇 | 1.1 | |||
Thixatrol ST3 | 0.3 | |||
Kronos 23154 | 30.0 | |||
Blanc fixe micro5 | 7.0 | |||
DBU6 | 0.4 | |||
总重量 | 100 | |||
固体 涂料 | 80.0 % |
1 Tego Airex 900是得自Evonik Industries AG的脱空气剂
2 Tego Dispers 670是得自Evonik Industries AG的分散添加剂
3 Thixatrol ST是得自Elementis的流变添加剂
4 Kronos 2315是得自Kronos的二氧化钛
5 Blanc fixe micro是得自Sachtleben的微粉化硫酸钡
6 DBU (1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯)是催化剂。
表6
清漆1 | 清漆2 | 清漆3 | 清漆4 | |
实施例4的粘合剂(70%) | 100 | |||
实施例5的粘合剂(75%) | 100 | |||
实施例6的粘合剂(70%) | 100 | |||
实施例7的粘合剂(90%) | 100 | |||
总重量 | 100 | 100 | 100 | 100 |
使用DBU作为催化剂(以固体树脂计为1%催化剂)经由甲硅烷基三烷氧基基团的水解-/缩合反应使清漆固化。以几乎相同的大约50 µm的干膜厚度对清漆进行涂层取样,并在室温(大约20到25℃)干燥7天。随后进行的评估有König摆撞硬度,借助干燥记录仪的干燥时间,MEK双摩擦,和1000小时UV-A暴露后的UV稳定性。测试结果总结在表7中。
表7: 清漆的结果
。
测试了表5的白漆的化学品耐受性。以几乎相同的大约50 µm的干膜厚度对白漆进行涂层取样,并在室温(大约20到25℃)干燥7天。随后,在室温(20到25℃)下使涂层暴露于浸渍有表8中列出的化学物质的棉垫8小时。
表8 白漆的化学品耐受性
白漆1 | 白漆2 | 白漆3 | 白漆4 | |
乙酸(10%) | 1 | 1 | 1 | 1 |
盐酸(10%) | 1 | 1 | 1 | 1 |
硫酸(50%) | 1 | 2 | 1 | 1 |
氢氧化钠水溶液(20%) | 2 | 3 | 3 | 3 |
液压油 | 2 | 1 | 1 | 1 |
异丙醇 | 3 | 3 | 3 | 3 |
排名/评估: 1 = 漆表面无变化
2 = 漆表面轻微侵蚀
3 = 漆表面严重侵蚀。
Claims (14)
1.粘合剂,其基于羟基-官能的丙烯酸酯树脂A)、烷氧基-和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷B)、一种或多种二羧酸或多元羧酸C)以及一种或多种二醇或多元醇D),其中所述组分A)至D)彼此缩合地存在于该粘合剂中。
2.根据权利要求1所述的粘合剂,其特征在于所述羟基-官能的丙烯酸酯树脂A)包含下述组分或由其制得:
35到50重量%的芳族乙烯基化合物,
10到25重量%的一种或多种(甲基)丙烯酸的羟烷基酯,
5至20重量%的一种或多种(甲基)丙烯酸的烷基酯,
3到10重量%的丙烯酸和/或甲基丙烯酸,和
12到30重量%的饱和脂肪族单羧酸的缩水甘油酯,该脂肪族单羧酸具有9-12个碳原子且在α碳原子上支化,
各自基于组分A)的总重量计。
3.根据权利要求1或2所述的粘合剂,其特征在于组分A)的摩尔质量Mn在900到4000 g/mol的范围内。
4.根据权利要求1-3一项或多项所述的粘合剂,其特征在于
组分B)是通式1的非直链的、支化的烷氧基-官能的和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷,
式1
其中R1彼此独立地为烷基、芳基或烷氧基,羟基或-OSi(R3)3基团,其中R3可彼此独立地为烷基、芳基、烷氧基、羟基或-OSi(R3)3基团,
且其中R2可彼此独立地为氢、烷基或芳基,并且n>1。
5.根据权利要求1-4一项或多项所述的粘合剂,其特征在于使用芳族、脂族或脂环族的二羧酸或多元羧酸和它们的衍生物作为组分C)。
6.根据权利要求1-5一项或多项所述的粘合剂,其特征在于使用乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、 新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二-三羟甲基丙烷、全氢化双酚A、二羟甲基环己烷和3(4),8(9)-二羟基甲基三环[5.2.1.02.6]癸烷(TCD-醇-DM)作为二醇或多元醇D)。
7.根据权利要求1-6一项或多项所述的粘合剂,其特征在于,基于粘合剂的固体含量计,本发明的粘合剂由10到50重量%的组分B)和50-90重量%的得自组分A)和聚酯组分的组合组成,所述聚酯组分由C)和D)构成。
8.根据权利要求7所述的粘合剂,其特征在于组分A)与由组分C)和D)构成的聚酯成分的重量比是1:9到9:1。
9.制备根据权利要求1所述的粘合剂的方法,其中使羟基-官能的丙烯酸酯树脂A)、烷氧基-和/或硅烷醇-官能的聚硅氧烷B)、一种或多种二羧酸或多元羧酸C)和一种或多种二醇或多元醇D)经由缩聚彼此反应。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于在组分A)至D)的缩聚反应中使用酯化催化剂。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其特征在于使所述粘合剂与二-或多异氰酸酯、异氰酸酯硅烷和/或氨基硅烷反应。
12.根据权利要求1-8中一项或多项所述的粘合剂在涂料中的用途。
13.涂料,其包含根据权利要求1-8一项或多项所述的粘合剂。
14.根据权利要求13所述的涂料,其特征在于其是1-或2-组分的涂料。
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