CN1247662C - 含有酯烷基酰胺酸基团的缩合聚合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含有至少一个经酯键与烷基酰胺基团相连的羧酸端基的缩合聚合物。本发明的聚合物是通过链烷醇胺与环状酐反应,随后缩聚成聚合物来制备的。该聚合物能够用于粉末涂料组合物中。
Description
本发明涉及一种含有至少一个经酯键与烷基酰胺基团相连的羧酸端基的缩合聚合物。
优选,所述聚合物含有至少两个按照通式(I)的基团:
其中
H,(C1~C20)(环)烷基或(C6~C10)芳基;
B=(C2~C24)任选取代的芳基或(环)烷基脂族双基;
R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相互独立地是相同或不同的,为H、(C6~C10)芳基或(C1~C8)(环)烷基和
n=1~4。
更优选所述聚合物含有至少两个按照通式(II)的基团:
其中
H,(C1~C20)(环)烷基或(C6~C10)芳基;
B=(C2~C24)任选取代的芳基或(环)烷基脂族双基;和
R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相互独立地是相同或不同的,为H、(C6~C10)芳基或(C1~C8)(环)烷基。
按照另一个优选实施方案,含有羟烷基酰胺基团的聚合物是按照通式(III)的聚合物:
其中:
B=(C2~C24)任选取代的芳基或(环)烷基脂族双基,
R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相互独立地是相同或不同的,为H、(C6~C10)芳基或(C1~C8)(环)烷基或CH2-OX2。
在通式(I)、(II)和(III)中,R基团可以一起或与邻近的碳原子形成环烷基团部分。
按照本发明的另一个优选实施方案,含有β-酯烷基酰胺酸基团的聚合物是按照通式(IV)的聚合物:
其中
H、(C1~C20)(环)烷基或(C6~C10)芳基;
B=(C2~C24)任选取代的芳基或(环)烷基脂族双基,
R3=H或(C6~C10)芳基或(C1~C8)烷基和
R6=H或(C6~C10)芳基或(C1~C8)烷基。
按照本发明的聚合物的重均分子质量一般为500~50,000,优选为600g/mol~10,000g/mol。
数均分子质量可以为400~10,000,优选为500~2000。
酯烷基酰胺酸官能度可以为2~250,优选为3~50。
官能度是在聚合物组成中每个分子中特定类型反应基团的平均数目。
按照本发明的另一个优选实施方案,聚合物中聚合物的羧基基团的官能度为≥3,和含有酯酰胺酸基团的聚合物是由通式(V)表示的聚合物:
其中
B=(C2~C12)任选取代的芳基或(环)烷基脂族双基,
X2=X1或
R3=H或(C6~C10)芳基或(C1~C8)(环)烷基和
R6=H或(C6~C10)芳基或(C1~C8)(环)烷基,
优选R3和R6是(C1~C4)烷基。
按照本发明的另一个优选实施方案,R3和R6是甲基或乙基。
B可以是饱和或不饱和的。
B可以用例如(C1~C26)烷基取代,后者可以是饱和或不饱和的;或者用羧酸取代。
B可以是,例如,(甲基)-1,2-亚乙基、辛烯基或十二碳烯基-1,2-亚乙基、(甲基)-1,2-亚乙基、1,3-亚丙基、(甲基-)1,2-亚环己基、4-羧基-1,2-亚苯基、(甲基-)1,2-亚苯基、1,3-亚苯基、1,4-亚苯基、2,3-降冰片烷基、2,3-降冰片烯-5-基和/或(甲基-)1,2-环己-4-烯基。
按照所选择的起始单体,在分子或分子混合物中的可变化的B、R1、R2、R3、R4、R5和R6能够选择成相同或不同的。
按照本发明的聚合物组合物可以是包含较高和较低低聚物的组合物,其通常含有50wt%以下,优选30wt%以下的分子量小于400的低聚物。
按照本发明的聚合物可以例如通过从链烷醇胺衍生的羟烷基酰胺酸和酯烷基酰胺二酸的缩聚制得。
链烷醇胺的羟烷基酰胺酸可以具有通式(VI):
和链烷醇胺的酯烷基酰胺二酸一般能够用通式(VII)表示:
其中:
R1、R2、R3和R4可以相互独立地是相同或不同的,为H、(C6~C10)芳基或(C1~C8)(环)烷基和
所以,按照本发明的线性聚合物一般包含沿着链交替的酰胺和酯基团,其通式如下:
E-A-E-A-E-E-A-E-A-E
其中一个或多个二酯与交替酯(E)-酰胺(A)基团偶联,或
E-A-E-A-E-A-E-A-E
其中酯和酰胺基团在整个聚合物中完全交替存在。
按照本发明的支链聚合物一般包含沿主链和支链交替的酰胺和酯基团,其通式如下:
其中,一个或多个二酯与交替酯(E)-酰胺(A)基团偶联,或
其中,酯和酰胺基团在整个聚合物中完全交替存在。
通常在链中的酰胺键摩尔量小于酯键的量。
按照本发明的聚合物包含至少60wt%的通式(III)-(V)所表示的产物。
按照本发明的一个优选实施方案,所述聚合物以一步法制备,其中使链烷醇胺和摩尔过量的环酐在温度例如约20℃~约100℃下进行反应,生成羟烷基酰胺,此后,在温度例如为120℃~250℃下经缩聚得到聚酯酰胺。任选地水可以经蒸馏除去。
经蒸馏除去水可以在高于1bar压力下、在真空下或共沸地进行。
该反应可以在无溶剂下进行,但是反应也能够在水或有机溶剂中进行。
优选,环酐是按照通式(VIII)的酐:
其中,B具有上述特指的意义。
适宜的环酐的例子包括邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、萘二羧酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、降冰片烯-2,3-二羧酸酐、萘二羧酸酐、2-十二碳烯-1-基琥珀酸酐、马来酸酐、偏苯三酸酐、(甲基、辛基或十二碳烯基)琥珀酸酐、戊二酸酐、4-甲基邻苯二甲酸酐、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐、4-甲基四氢邻苯二甲酸酐和顺丁烯二酸酐化的不饱和脂肪酸的烷基酯。
优选链烷醇是按照通式(IX)的链烷醇胺:
其中
或(C1~C20)(环)烷基,
R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相互独立地是相同或不同的,为H、(C6~C10)芳基或(C1~C8)(环)烷基或CH2OH和n=1~4。
更优选n=1。
链烷醇胺可以是单链烷醇胺、二链烷醇胺、三链烷醇胺或其混合物。
如果在可能的聚合物合成方法之一中使用单链烷醇胺,那么能够得到具有2官能度的线性聚合物。按照所需要的应用,可以选择线性或者完全或部分支化的聚合物,在这种情况下,支化度能够借助于所选择的链烷醇胺来调节。
如果需要具有高官能度的高支化结构,作为起始化合物能够使用二或三链烷醇胺,也能够使用与单链烷醇胺组合的羧酸取代的酐。
适宜的单-β-链烷醇胺的例子包括乙醇胺、1-甲基乙醇胺、1-乙基乙醇胺、正丁基乙醇胺、1-甲基异丙醇胺、1-乙基异丙醇胺、异丁醇胺、β-环己醇胺、正丁基异丙醇胺和正丙醇胺。
适宜的二-β-链烷醇胺的例子是3-氨基-1,2-丙二醇、2-氨基-1,3-丙二醇二异丁醇胺(双-2-羟基-1-丁基)胺)、二-β-环己醇胺和二异丙醇胺(双-2-羟基-1-丙基)胺)。
适宜的三链烷醇胺是,例如,三(羟甲基)氨基甲烷。
优选使用β-烷基-取代的β-羟烷基酰胺。适宜的例子包括二异丙醇胺、环己基异丙醇胺、1-甲基异丙醇胺、1-乙基异丙醇胺、(二)异丁醇胺、二-β-环己醇胺和/或正丁基异丙醇胺。
这些聚合物组合物显示了改善的耐水解性。
最优选应用二异丙醇胺和/或二异丁醇胺。
酐与链烷醇胺当量比一般为2.0∶1.0至3.0∶1.0。优选,该比例为2.1∶1.0至2.8∶1.0。
按照本发明的化合物也可以通过下述方法获得,即让诸如上述的链烷醇胺和摩尔过量的含有一个酸基团和一个活化酸基团的化合物进行反应,其后,经缩聚得到聚酯酰胺。其比例可以为,例如,2.0∶1.0至3.0∶1.0。
含有一个酸基团和一个活化酸基团的化合物优选是按照通式(X)的化合物:
其中
B具有上述特指的含义和
OR7 或
SR7 或
Cl
其中R7是(C1~C12)支化或线性烷基。
含有一个酸基团和一个活化酸基团的适宜化合物的例子是烷基酯,例如,己二酸单甲酯、己二酸单乙酯和癸二酸单甲酯、癸二酸单乙酯、酐和硫代酸酯。
按照本发明的化合物也可以通过下述方法得到,即使诸如上述的环状酐与醇反应。之后,使所得反应产物就地与链烷醇胺反应。以后可以通过缩聚反应得到聚酯酰胺。
适宜的醇的例子是(C1~C10)醇。
优选使用甲醇或乙醇。
除了羧基之外,聚合物也可以含羟烷基酰胺基团,其量为0.01~2.0毫克当量/克聚合物。在聚合物中存在的羟烷基酰胺的数量能够借助于酐与链烷醇胺之比和借助于转化率来控制。如果使用过量酸酐以及缩聚反应(几乎)进行完全,那么通常存在低于0.2毫克当量OH/克聚合物。如果存在羟烷基酰胺基团,那么在随后的步骤中,它们可以与含有一个或多个能与β-羟烷基酰胺反应的基团的化合物进行反应,所述基团例如是酐、酰氯、活性酯或羧酸基团。羟烷基酰胺的量优选尽可能低,例如0.01~0.2毫克当量/克聚合物。
聚合物的支化度和官能度取决于起始物料和聚合物的分子量。分子量高于3000和应用二和/或三链烷醇胺一般导致官能度为≥6的高支化结构。
因为代替按照通式(VIII)的酐的双-和二酐的存在,其量小于(酐的总量的)10wt%,聚合物可以不仅仅包含按照通式(III)~(V)的产物。
本发明也涉及完全地或部分地改性的聚合物。
改性可以例如借助于按照通式(III)、(IV)或(V)中任何一个的聚合物与含有能够与羧酸基团反应的反应基团的单体、低聚物或聚合物之间的反应来进行。能够按照反应组分选择催化剂。
适宜的反应基团的例子包括醇基团、噁唑啉基团、烷基卤基团、环氧基团、张力环烯属基团、环氧基表氯醇基团、胺基团、1,2-二烯基团,例如丁二烯,及其组合。
优选单体、低聚物或聚合物仅含一个能与羟烷基酰胺反应的基团,其结果是,在改性期间不发生交联。
优选,按照通式(III)、(IV)或(V)的聚合物,采用含有环氧基团、噁唑啉基团、张力环烯属基团或醇基团的化合物来进行改性。改性聚合物的合成能够以两步法或一步法来进行。
两步法包括:第一步制备含有羧酸端基的缩合聚合物,和第二步改性反应。
在一步法中,起始物料同时进行缩聚和反应。优选实施一步法,原因在于在整个过程中粘度较低,因此改善了产物可加工性。
改性的聚合物能够例如用通式(III)、(IV)或(V)之一来表示,其中
X2=X1或
和
其中-O-Z衍生自单体醇、低聚物醇或聚合物醇。
适宜的环氧化物是,例如,饱和脂族(C1~C26)环氧化物和衍生自缩水甘油的酯或醚。
适宜的脂族环氧化物的例子是环氧乙烷、环氧丙烷、1,2-环氧丁烷、1,2-环氧辛烷、1,2-环氧十二碳烷、1,2-环氧环己烷和4-乙烯基-1,2-环氧环己烷。
适宜的缩水甘油酯和醚的例子是烯丙基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和一种有支链的烷烃羧酸的缩水甘油酯(Cardura ETM,Shell Chemicals)。
适宜的噁唑啉是,例如,衍生自(C1~C26)脂族或(C7~C20)芳族羧酸和乙醇胺或异丙醇胺的饱和或不饱和脂族(C3~C29)噁唑啉,例如:2-甲基噁唑烷、2-乙基噁唑烷、脂肪酸(大豆、妥尔、棕榈、向日葵)噁唑烷、2-苯基噁唑烷和2-乙烯基噁唑烷。
适宜的醇是,例如,线性或支化(C1~C26)(环)脂族醇。
适宜的线性脂族醇的例子包括甲醇、乙醇、丁醇、十(二)烷醇、辛醇和脂肪酸醇、2-乙基己醇、2,5,7-辛三烯醇和1-乙烯基-己-3,5-二烯醇。
适宜的含张力环烯属基团的化合物的例子是双环戊二烯(DCPD)、二甲基环戊二烯、降冰片烯和蒎烯。优选使用DCPD。
适宜的环脂族醇的例子包括环己醇、DCPD-醇和胆甾醇。
Z能够选自,例如,饱和或不饱和(C1~C40)烷基或芳基基团、聚合物或低聚物。适宜的聚合物的例子是聚酯、聚醚和聚(己)内酯。
Z能够用,例如,酯基、醚基、酰胺基和醇基基团所取代。
改性的聚合物可以包含相同或不同的Z基团。
按照本发明的(改性)聚合物可以在不同技术领域、在热固性和热塑性两种应用中非常广泛地应用。其实例是粉末涂料组合物、水基或溶剂基涂料体系、罐涂料或卷材涂料体系、辐照固化涂料组合物、涂料用醇酸树脂,建筑用不饱和树脂(例如油灰、密封胶、铸件、混合料和模塑混配料)、油墨、调色剂组合物、玻璃纤维施胶成膜材料、粘合剂、热熔体和橡胶组合物。
按照本发明的未改性或部分改性聚合物一般能够应用在粉末涂料体系、罐或卷材涂料体系和溶剂基涂料体系。
如果借助于例如脂肪酸醇实施改性,所得聚合物能够用作空气干燥体系。
采用自由基固化性化合物进行改性,提供了在可辐射固化涂料和结构树脂技术领域中应用的可能性。按照本发明的聚合物采用甲基丙烯酸缩水甘油酯和/或双环戊二烯进行改性,形成了一种适于用于辐射固化涂料中的产物。
鉴于按照本发明的聚合物的改性有许多可能性,改性的目的能够旨在广泛的技术应用中的任何方面。
按照本发明的一个优选实施方案,按照本发明的聚合物能够用于热固性粉末涂料组合物中和调色料组合物中。
热固性粉末涂料比热塑性粉末涂料具有更好的耐化学品性。因此,进行了长期的深入细致研究,以开发用于热固性粉末涂料的交联剂和聚合物。还力图发现具有良好流动行为、良好贮存稳定性和良好反应性的热固性粉末涂料用的粘合剂组合物。热固性粉末涂料粘合剂组合物一般含有50wt%以上聚合物和50wt%以下交联剂。
按照本发明的聚合物能够应用在粉末涂料组合物中作为聚合物和作为交联剂。
按照本发明的聚合物的玻璃化转变温度(Tg)为0℃~150℃,优选为50℃~110℃,其取决于所选择的起始物料和分子量。
优选按照通式(I)、(II)、(III)、(IV)或(V)中任何之一的化合物应用于粉末涂料组合物。也可以应用其中例如最多50wt%、优选30wt%以下酸基团被改性的聚合物。
采用粉末涂料最终得到的涂料必须满足许多各种各样的要求。已知有各种体系。一些体系在固化期间释放出挥发性组分。这些体系存在的缺点是,形成具有气泡的涂层和/或释放出不希望的排放物。只要涉及后者,如果挥发性组分本来是有机物,那么其可以引起不希望的环境或健康问题。而且已经发现,粉末涂料的所有需要的性能并没有总能得到实现。
在其它体系中应用聚酯和含有环氧基团的普通交联剂,例如双酚-A-环氧树脂。一般从这些体系中不释放出挥发性组分。
已经发现,按照本发明的聚合物与双酚-A-环氧树脂组合应用在粘合剂组合物中用于粉末涂料,结果得到了所要求高性能的组合,例如,粉末涂料具有良好的耐化学药品性、所需要的光泽或消光外观,一直到并包括至少120μm的层厚在表面上均没有气泡形成,高耐沸水和盐雾性,高耐划痕性,良好的机械性能,良好的粉末稳定性和良好的色泽稳定性。
令人惊异的是,将按照本发明的高官能交联剂与含有环氧基团的聚合物组合使用,而不使用作为原料之一的偏苯三酸(酐),也导致良好的固化行为。一般说,具有羧端基的聚酯,在没有偏苯三酸(酐)作为原料之一存在时,对于环氧基团的反应性降低。
热固性粉末涂料的一般制备方法和使粉末涂料固化形成固化涂层的化学反应,叙述在Misev编的粉末涂料、化学和工艺学(PowderCoating,Chemistry and Technology)(1991,John Wiley)第42~54、148和224~226页。热固性粘合剂组合物一般定义为由聚合物和交联剂组成的粉末涂料的树脂部分。
如果需要的话,在按照本发明的粘合剂组合物和粉末涂料体系中能够使用通常的添加剂,例如颜料、填料、脱气剂、流动剂和稳定剂。适宜的颜料是,例如,无机颜料如二氧化钛、硫化锌、氧化铁和氧化铬,以及有机颜料如偶氮化合物。适宜的填料是,例如,金属氧化物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐。
主抗氧剂和/或助抗氧剂、紫外线稳定剂如醌类、(空间位阻)酚类化合物、亚膦酸酯、亚磷酸酯、硫醚和HALS化合物(位阻胺光稳定剂)等例如能够用作稳定剂。
脱气剂的例子是苯偶姻和环己烷二甲醇双苯甲酸酯。流动剂包括,例如,聚丙烯酸烷基酯、氟烃和硅酮流体。其它适宜的添加剂是,例如,改善摩擦起电的添加剂,例如空间位阻叔胺,其叙述在EP-B-371528中。
按照本发明的粉末涂料能够以通用方法施涂,例如采用静电喷涂粉末到接地基材上,并且在适宜温度下暴露其于热环境下足够时间使其固化。所施涂的粉末能够例如在煤气炉、电烘箱中或者借助于红外辐射进行加热。
意欲用于工业方面的粉末涂料组合物的热固化涂料,还概述于粉末涂料、化学与工艺学,Misev,第141~173页(1991)。
能够将本发明的组合物应用在例如涂于金属、木材和塑料基材上的粉末涂料中。实例是工业涂料、机器和工具涂料、家用和建筑部件。该涂料也适用于汽车工业,用来涂布零配件。
参考下述非限制性实施例说明本发明。
实施例1
缩聚物的制备
将115g熔融的二异丙醇胺(40℃)加到复壁玻璃反应器中,该反应器采用热油加热,装配机械搅拌器、蒸馏头以及氮气和真空连接管。再加入439g六氢邻苯二甲酸酐(70℃)。将反应混合物加热至180℃。保持在该温度下3hr之后,将反应器的压力下降到2.5mPA。在反应时间2hr之后,冷却聚合物,得到玻璃状物料形式的聚合物。酸值为222mg KOH/g树脂。
实施例2
包含按照实施例1的聚合物的粉末涂料组合物
按照表1的粉末涂料组合物为经混合和挤出(PRISM挤出机,120℃)制备的。将该组合物以通常方法粉碎、过筛和静电喷涂(电晕)于铝和钢试板上。然后,在200℃循环热风炉中固化,固化周期为10min。
表1:组合物和涂料性能
组合物 | |
Araldite GT 7004TM1) | 147.34g |
按照实施例1的交联剂 | 52.66g |
添加剂:TiO2 2160苯偶姻Resiflow PV5TM | 100g3.0g1.5g |
固化周期 | 10′200℃ |
ESP2)凝胶时间3)耐丙酮性4)TgDr.Lange Colour b*5) | >8mm159秒100x55℃0.4 |
1)双酚A-二缩水甘油醚型环氧树脂(Ciba)
2)埃力克森缓慢渗透;ISO 1520/DIN 53156
3)DIN 55990:B部分
4)丙酮往返擦洗
5)在过烘试验中,试板在200℃下加热1小时,测定泛黄值(b)。
用按照本发明的聚合物制备出了具有良好化学、机械和光学性能的以及高抗起泡性(目测)的涂料。
Claims (14)
3.一种制备按照权利要求1或2的聚合物的方法,其包括使链烷醇胺和环酐或摩尔过量的含有一个酸基团和一个活化酸基团的化合物进行反应,此后经缩聚制得所述聚合物。
6.按照权利要求3的方法,其中,通过链烷醇胺和摩尔过量的环酐在20-100℃的温度下进行反应,形成羟烷基酰胺,此后通过在120-250℃进行缩聚,而在一步过程中制得所述聚合物。
7.按照权利要求6的方法,其中所述链烷醇胺是β-烷基-取代的羟基烷基胺。
8.按照权利要求7的方法,其特征在于:链烷醇胺是二异丙醇胺和/或二异丁醇胺。
9.一种制备改性聚合物的方法,其包括权利要求1的聚合物或由权利要求3的方法制备的聚合物与含有能够与羧酸基团反应的反应性基团的单体、低聚物或聚合物之间的反应。
10.包含权利要求1或2的聚合物的涂料组合物。
11.包含权利要求1或2的聚合物的粉末涂料粘合剂组合物。
12.一种粉末涂料组合物,其包含按照权利要求11的粘合剂组合物。
13.一种通过固化按照权利要求12的粉末涂料制得的粉末涂层。
14.一种完全或部分涂布的基材,其特征在于:将按照权利要求13的粉末涂层用作为涂层。
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