DE102004044087A1

DE102004044087A1 - Funktionalisierte Polymere

Info

Publication number: DE102004044087A1
Application number: DE102004044087A
Authority: DE
Inventors: Matthias Koop; Thilo Dr. Dollase
Original assignee: Tesa SE
Current assignee: Tesa SE
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Funktionalisiertes Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsmittel der Molmassenverteilung zwischen 5000 g/mol und 300000 g/mol, bevorzugt zwischen 10000 g/mol und 100000 g/mol liegt und die Differenz zwischen M¶p¶ und M¶min¶ kleiner als 25000 g/mol, bevorzugt kleiner als 15000 g/mol ist, wobei DOLLAR A (a) M¶p¶ die Peakmolmasse eines monomodalen Polymers oder die Peakmolmasse der kleinsten Mode in einem bimodalen oder multimodalen Polymer ist, DOLLAR A (b) M¶min¶ die kleinste in der Molmassenverteilung auftretende Molmasse ist, definiert an derjenigen Stelle, an der die Summenhäufigkeit der Molmassenverteilung einen Wert von 0,05 hat, DOLLAR A (c) das funktionalisierte Polymer von linearer, verzweigter oder sternförmiger Struktur ist, DOLLAR A (d) das funktionalisierte Polymer zumindest eine Sorte an Funktionalisierungen trägt, die zu einer späteren Vernetzung des funktionalisierten Polymers genutzt werden kann, DOLLAR A (e) zumindest 50% der Polymerketten zumindest zwei Funktionalisierungen tragen, DOLLAR A (f) zumindest 75% der Polymerketten zumindest eine Funktionalisierung tragen DOLLAR A (g) seine zumindest eine Art an Funktionalisierung aus der Verwendung zumindest einer Sorte eines funktionalisierten Monomers bei der Herstellung des funktionalisierten Polymers resultiert.

Description

Die Erfindung betrifft funktionalisierte (Meth)acrylatcopolymere, ihre Herstellung sowie ihre Verwendung als vernetztes Material in dünnen Schichten, insbesondere als Bestandteil in Selbstklebebandprodukten.
Stand der Technik
In vielfältigen Anwendungen werden niedrigviskose Fluide benötigt, die sich leicht auf beliebige Oberflächen aufbringen lassen und anschließend durch Aufbau des Molekulargewichts zu Schichten mit je nach Anwendung unterschiedlichen Eigenschaften konvertiert werden können. Als wichtige Anwendungen solcher Systeme sind insbesondere Lacke und Klebstoffe zu nennen. Eine besondere Form von Klebstoffen sind dabei Haftklebstoffe, die sich durch permanente Klebrigkeit auszeichnen.
Als Ausgangsverbindungen für organische Oberflächenschichten werden häufig niedermolekulare oder oligomere Systeme eingesetzt, die mit zumindest zwei reaktiven Gruppen, über die im Aushärtungsprozess ein Molekulargewichtsaufbau realisiert wird, ausgestattet sind. Typische Vertreter sind thermisch härtbare Epoxid- und strahlenhärtbare Acrylharze. Die reaktiven Gruppen sind dabei Oxirane bzw. ungesättigte Acrylat- oder Methacrylatgruppen. Da der Abstand zwischen zwei benachbarten reaktiven Gruppen in den niedermolekularen oder oligomeren Ausgangsverbindungen naturgemäß gering ist, entstehen im Aushärtungsprozess im allgemeinen Duromere, also Netzwerke mit sehr hoher Netzpunktdichte. Für einige Anwendungen ist es jedoch gewünscht, dass die mechanischen Eigenschaften der herzustellenden Oberflächenschicht nicht denen der Duromere entspricht, sondern eher denen von Elastomeren, also Netzwerken mit geringerer Netzpunktdichte. Zu diesen Anwendungen zählt auch der Bereich der Haftklebemassen. Um den Aufbau solcher Netzwerke zu erreichen, die als Haftklebemassen verwendet werden können, müssen Ausgangsverbindungen gewählt werden, in denen die reaktiven Gruppen einen größeren Abstand zueinander haben, für gute Verarbeitungseigenschaften aber noch eine ausreichend geringe Viskosität. Hierfür eignen sich bevorzugt funktionalisierte Polymere mit geringem Polymerisationsgrad.
Den konzeptionell einfachsten Ansatz für entsprechende Ausgangsverbindungen stellen telechele Polymere dar. Unter dieser Bezeichnung werden lineare Polymere verstanden, die an beiden Kettenenden eine funktionelle Gruppe tragen. Sind die funktionellen Gruppen in ihrer Chemie so gewählt, dass sie mit einem Vernetzer reagieren können, dann ist die freie Netzbogenlänge im resultierenden Netzwerk durch den Polymerisationsgrad des telechelen Ausgangspolymers definiert. In der Literatur sind eine Reihe verschiedenartiger telecheler Polymere sowie ihre Anwendungen beschrieben [O. Nuyken, S. Pask in „Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, H. F. Mark, N. M. Bikales, C. G. Overberger, G. M. Menges (Hrsg.), 2. Aufl., 1985, Wiley, New York, Bd. 16, S. 494ff]. Eine wichtige Anwendung telecheler Polymere stellt das Gebiet der Polyurethane dar [G. W. Becker, D. Braun (Hrsg.), Kunststoff Handbuch, Bd. 7, Polyurethane, 3. Aufl., 1993, C. Hanser, München]. Hier werden beispielsweise hydroxygruppenfunktionalisierte Oligomere mit Diisocyanaten umgesetzt, so dass über Kettenverlängerung thermoplastische Elastomere erhalten werden. Auf dem Gebiet der Polyurethane beschränkt man sich im allgemeinen auf solche Ausgangspolymere, die über eine Polykondensationsreaktion (wie z. B. Polyether und Polyester) oder anionische Polymerisation (wie z. B. Polydiene und hydrierte Polydiene) gewonnen werden, da hier aus polymerisationstechnischen Gründen eine Endfunktionalisierung auf günstige Weise möglich ist. Polymere, die über radikalische Polymerisation hergestellt werden, erlauben dagegen keine entsprechend einfache Funktionalisierung beider Kettenenden. Sind Polymere dieser Art als Ausgangspolymere gewünscht, kann man sich kontrolliertradikalischer Polymerisationsmethoden bedienen, bei denen die Funktionalisierung bereits im Kontrollreagenz enthalten ist (siehe beispielsweise EP 237 792 der Fa. Akzo). Für solche funktionalisierten Reglermoleküle sind allerdings hohe Kosten zu erwarten, die sich, durch den geringen Polymerisationsgrad bedingt, direkt auf die Kosten des funktionalisierten Polymers auswirken.
Eine andere einfache Möglichkeit, funktionalisierte Polymere herzustellen, die insbesondere für radikalisch polymerisierbare Systeme realisierbar ist, stellt die Verwendung funktioneller Comonomere beim Aufbau der Polymere dar. Zwar ist in diesen Materialien der Funktionalisierungsgrad nicht so gut definiert wie in telechelen Systemen, jedoch ist dies auch nicht in jedem Fall erforderlich. Wichtig für die Ausgangspolymere ist eine gute Beschichtbarkeit, die sich durch die Schmelzviskosität bei Verarbeitungstemperatur zeigt. Da diese signifikant vom Polymerisationsgrad abhängt, werden vorzugsweise Ausgangspolymere geringer Molmasse und zum Teil Oligomere verwendet. Um vorteilhaftes Vernetzungsverhalten und gute Produkteigenschaften zu erzeugen, muss Sorge getragen werden, dass die kurzkettigen Ausgangspolymere möglichst vollständig funktionalisiert vorliegen. Jedoch ist ein minimaler Funktionalisierungsgrad gewünscht, da (a) außer der Möglichkeit der späteren Vernetzung keine weiteren Eigenschaften, insbesondere die durch die als Majoritätskomponente eingesetzten Comonomere geprägten dynamisch mechanischen bzw. rheologischen Eigenschaften, des Polymers verändert werden sollen und (b) eine komplette Umsetzung der funktionellen Gruppen während einer anschließenden Vernetzungsreaktion möglich ist, so dass eine latente Reaktionsfreudigkeit im Endprodukt wie beispielsweise ein Nachvernetzungspotenzial dieser reaktiven Gruppen ausgeschlossen wird aber ohne dass der Abstand zwischen benachbarten Netzpunkten zu dicht wird.
Ein durch klassische radikalische Polymerisation hergestelltes Copolymer zeichnet sich nicht nur wie alle synthetischen Polymere durch eine Verteilung auftretender Molmassen sondern auch, selbst für den seltenen Fall gleicher Copolymerisationsparameter für alle eingesetzten Monomere, durch eine Zusammensetzungsverteilung aus. Dies bedeutet, dass die exakte Zusammensetzung der Copolymere aus statistischen Gründen von Kette zu Kette variiert. Soll ein Copolymer aus einem Monomergemisch hergestellt werden, in dem eine Monomersorte, beispielsweise einer funktionalisierten Art, nur zu einem geringen Anteil enthalten ist, dann können einzelne Polymerketten gebildet werden, in die keine Monomere dieser funktionalisierten Art eingebaut werden. Je niedriger die mittlere Molmasse des Copolymers eingestellt wird, desto höher wird die Wahrscheinlichkeit, dass einzelne Ketten keine Funktionalisierung erhalten haben. Solche Ketten können bei einem späteren Vernetzungsschritt nicht in das entstehende Netzwerk integriert werden. Handelt es sich bei dem Copolymer um ein Material mit niedriger Erweichungstemperatur, wie es bei Haftklebemassen der Fall ist, dann bleiben diese unfunktionalisierten Polymerketten als migrierfähige Komponenten im Netzwerk zurück. Sie agieren dann als Weichmacher und sind potentiell in der Lage, sich an Oberflächen anzureichern.
Eine weitere Problematik bei der Copolymerisation ergibt sich durch einen möglicherweise auftretenden Unterschied in den Copolymerisationsparametern der eingesetzten Comonomere, die u. a. von der chemischen Natur der Comonomere abhängen [J. Brandrup, E. H. Immergut, E. A. Grulke (Hrsg.), Polymer Handbook, 4. Aufl., 1999, Wiley, New York]. Da sich funktionalisierte Monomere von unfunktionalisierten vor allem in dieser Hinsicht unterscheiden, muss dieser Aspekt beim Aufbau von funktionalisierten Copolymeren häufig beachtet werden. Als Beispiel sei ein binäres Monomergemisch angeführt. Weist das funktionalisierte Comonomer einen Copolymerisationsparameter auf, der deutlich größer als 1 ist, und das unfunktionalisierte einen, der deutlich kleiner als 1 ist, was in der Kombination von 2-Hydroxyethylmethacrylat als funktionalisiertem Comonomer und n-Butylacrylat als unfunktionalisiertem Comonomer der Fall ist, dann wird 2-Hydroxyethylmethacrylat bevorzugt in die Polymerkette eingebaut und verbraucht. In Ketten, die erst gegen Ende der Polymerisation gebildet werden, kann dann kein 2-Hydroxyethylmethacrylat mehr eingebaut werden, so dass diese Ketten unfunktionalisiert bleiben. Als Versuch, Copolymere mit enger Zusammensetzungsverteilung herzustellen, werden in der Literatur Dosierungstechniken beschrieben [siehe beispielsweise I. N. Askill, D. K. Gilding, Polymer, 1981, 22, 342]. Diese als Semibatch-Verfahren bekannte Technik muss jedoch für jedes Comonomergemisch optimiert werden und erfordert einen mit einem Dosierungssystem ausgestatteten Reaktor [A. Echte, Handbuch der technischen Polymerchemie, 1993, Wiley-VCH, Weinheim].
Eine wichtige Grundlage für Materialien, die in Oberflächenschichten, sei es als Lacke oder sei es als Haftklebemassen, zur Anwendung kommen, stellen (Meth)acrylatcopolymere dar. Dies liegt darin begründet, dass die Eigenschaften dieser Art Copolymere durch die Wahl der eingesetzten Comonomere eingestellt werden können, wozu eine breite Palette verschiedenartiger Acrylat- und Methacrylat-Comonomere als Ausgangsstoffen zur Verfügung stehen. Je nach Wahl und Anteil der eingesetzten Comonomere können beispielsweise die mechanischen Eigenschaften oder die Polarität der resultierenden Copolymere gesteuert werden. (Meth)acrylatcopolymere zeichnen sich ferner durch gute Beständigkeit gegenüber Temperatur, UV-Strahlung und Oxidation aus, weswegen sie sich besonders für Anwendungen eignen, in denen Witterungsbeständigkeit gefordert wird. Zur Funktionalisierung von (Meth)acrylatcopolymeren bietet sich die statistische Funktionalisierung durch Verwendung funktionalisierter Comonomere besonders an, da sie durch einen radikalischen Polymerisationsprozess hergestellt werden. Unter (Meth)acrylatcopolymeren seien im Sinne dieser Erfindung solche Copolymere verstanden, die hauptsächlich aus Acrylatmonomeren und/oder Methacrylatmonomeren aufgebaut werden.
Verfahren zur Herstellung von kurzkettigen (Meth)acrylatcopolymeren als Ausgangspolymere für Oberflächenschichten, sogenannte Acrylharze oder Acrylatharze, sind aus der Literatur bekannt. DE 26 35 177 der BASF AG beschreibt Acrylatharze, die aus einem Comonomergemisch mit 10 – 35 Gew.-% α,β-olefinisch ungesättigte Carbonsäuren zur Einführung funktioneller Gruppen enthalten und ohne Anwesenheit von Reglern bei über 160 °C polymerisiert werden. Die Polydispersität dieser Acrylatharze wird mit 2,5 angegeben. US 5,082,922 der Valspar Corp. beschreibt die Derivatisierung von Acrylharzen, die aus einem Comonomergemisch mit mindestens 5 % eines ethylenisch ungesättigten Comonomers, das Hydroxy- oder Carbonsäuregruppen als funktionelle Gruppen enthält, durch radikalische Polymerisation gewonnen wird. DE 22 40 312 der Ford Werke AG beschreibt vernetzbare Methacrylatharze, die durch radikalische Polymerisation erhalten werden und durch Verwendung von 8 bis 30 % Glycidylmethacrylat als funktionalisiertes Comonomer gewonnen wird.
Für die klassische radikalische Polymerisation liegt die erreichbare Polydispersität, gegeben durch den Quotienten aus Gewichtsmittel und Zahlenmittel der Molekulargewichtsverteilung des erzeugten Polymers, im Idealfall für ausschließlichen Disproportionierungsabbruch bei 1,5 und im Idealfall für ausschließlichen Kombinationsabbruch bei 2,0. Durch Kettenübertragungen sind durch klassische radikalische Polymerisation gewonnene Polymere aber eher breiter verteilt. Diese Verteilung von Molmassen führt nicht nur zu einer Verbreiterung im Bereich des hochmolekularen Anteils sondern auch im Bereich des niedermolekularen Anteils. Die Bildung eines hohen Anteils an niedermolekularen Komponenten während der Polymerisation kann sich entsprechend des obengesagten alleine aus statistischen Gründen als nachteilig für den Einbau solcher Monomere, die zu geringem Anteil im Monomergemisch vorliegen, erweisen.
Es besteht also der Bedarf, funktionalisierte Copolymere mit geringem Molekulargewicht und reduziertem Anteil an nichtfunktionalisierten Ketten über ein radikalisches Polymerisationsverfahren vorzugsweise im Batchbetrieb herzustellen. Überraschend wurde die Aufgabe durch Polymere gelöst, die sich durch eine spezifische Form der Molmassenverteilung im Bereich der niedermolekularen Bestandteile auszeichnen. Solche Polymere können, wie jetzt gefunden wurde, beispielsweise durch ein kontrolliertradikalisches Polymerisationsverfahren hergestellt werden.
Erfindung
Inhalt dieser Erfindung sind funktionalisierte (Meth)acrylatcopolymere mit geringer Molmasse, die auf Grund des Herstellprozesses einen reduzierten Anteil nichtfunktionalisierter Ketten enthalten. Die erfindungsgemäßen funktionalisierten (Meth)acrylatcopolymere zeichnen sich durch eine besonders vorteilhafte Form der Molmassenverteilung an der Flanke niedriger Molmassen aus. Sie sind beispielsweise durch ein kontrolliert-radikalisches, quasilebend-radikalisches oder lebend-radikalisches Polymerisationsverfahren zugänglich.
Detailbeschreibung
Zusammensetzung und Struktur der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich gegenüber dem Stand der Technik verbesserte funktionalisierte Polymere durch eine spezifische Form ihrer Molmassenverteilung auszeichnen. Erfindungsgemäß einsetzbare Polymere unterscheiden sich von anderen Polymeren im Hinblick auf ihre Molmassenverteilung insbesondere im Bereich unterhalb der Peakmolmasse M_P, also im niedermolekularen Bereich. Die typischerweise zur Beschreibung von Molmassenverteilungen herangezogene Polydispersität spiegelt jedoch durch die starke Gewichtung der höhermolekularen Fraktionen durch Verwendung des Gewichtsmittels vor allem den Bereich oberhalb der Peakmolmasse wieder. Es ist daher erforderlich, ein anderes Kriterium zu finden, das vor allem den niedermolekularen Anteil der Molmassenverteilung beschreibt. Als praktische Größe, die in diesem Sinne im Folgenden genutzt wird, erweist sich die Molmassendifferenz ΔM, die die Breite der Molmassenverteilung des niedermolekularen Anteils beschreibt. Sie ist als Differenz aus der Peakmolmasse und der kleinsten in der Molmassenverteilung auftretenden Molmasse M_min definiert. M_min wird aus dem niedermolekularen Anteil der Molmassenverteilung an derjenigen Stelle bestimmt, an der die Summenhäufigkeit der Molmassenverteilung einen Wert von 0,05 hat (handelt es sich bei der Molmassenverteilung um eine kontinuierliche Funktion, dann wird statt der Summenhäufigkeit die integrale Häufigkeit zur Bestimmung von M_min herangezogen, ebenfalls am Punkt 0,05. Ebenso wird in diesem Fall an allen anderen Stellen dieser Erfindung die Summenhäufigkeit durch die integrale Häufigkeit ausgetauscht). Dieser Wert ist willkürlich gewählt, bietet sich aber aus Auswertegründen als günstig an. Die wichtigsten Definitionen und Bedeutungen der hier verwendeten die Molmassenverteilung betreffenden Größen sind in Tabelle 1 zusammengestellt (siehe hierzu ergänzend auch 1 und 2).
Die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen reduzierten niedermolekularen Anteil enthalten und zwar insoweit, dass der Parameter ΔM ein Wert unterhalb 25 000 g/mol, bevorzugt unterhalb 15 000 g/mol aufweist. Das Gewichtsmittel der Molmassenverteilung der erfindungsgemäß funktionalisierten Polymere liegt zwischen 5 000 g/mol und 300 000 g/mol, bevorzugt zwischen 10 000 unterhalb 100 000 g/mol.
Tabelle 1
Die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere können eine monomodale, eine bimodale oder eine multimodale Molmassenverteilung aufweisen. Die obigen Ausführungen hinsichtlich der Beschaffenheit des niedermolekularen Anteils der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere gelten für bimodale und multimodale Systeme ebenso wie für monomodale. Die Bestimmung der Größe M_min erfolgt für monomodale, bimodale und multimodale Systeme analog. Entscheidend im Sinne dieser Erfindung zur Bestimmung von ΔM ist die Peakmolmasse der kleinsten vorkommenden Mode in einem bimodalen oder multimodalen System. Führt die Überlagerung verschiedener Moden zu einer ausgeprägten Verbreiterung von ΔM, nämlich zu Werten oberhalb 25 000 g/mol, dann sind solche Systeme nicht erfindungsgemäß und auch nicht vorteilhaft im Sinne dieser Erfindung einsetzbar.
Die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere werden aus zumindest einer Sorte an unfunktionalisierten Monomeren und zumindest einer Sorte an funktionalisierten Monomeren hergestellt. Der Anteil der funktionalisierten Monomere im Monomergemisch, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere zur Polymerisation gebracht wird, liegt bei bis zu 20 %, bevorzugt bei bis zu 10 %, mehr bevorzugt bei bis zu 5 %. Zumindest 75 % der Polymerketten enthalten zumindest eine Funktionalisierung, zumindest 50 % der Polymerketten enthalten zumindest zwei Funktionalisierungen. Die Art der Funktionalisierung kann dabei gleicher oder verschiedener Art sein. Die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere werden aus mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 75 % α,β-ungesättigten Carbonylverbindungen hergestellt.
Die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere weisen in einer bevorzugten Auslegung dieser Erfindung eine Erweichungstemperatur gegeben durch die Glasübergangstemperatur in amorphen Systemen und die Kristallitschmelztemperatur in semikristallinen Systemen unterhalb +25 °C auf und eine Schmelzviskosität gegeben als Nullviskosität bei +60 °C von kleiner 10 kPa, bevorzugt von kleiner 1 kPa, mehr bevorzugt von kleiner 0,1 kPa auf.
Die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere können von linearer, sternförmiger, verzweigter Struktur sein. Erfindungsgemäß sind ebenfalls lineare oder sternförmige Blockcopolymere oder Pfropfcopolymere, die zumindest einen Polymerblock bzw. zumindest ein Pfropfpolymer enthalten, für die die oben gemachten Angaben in Bezug auf Art und Zusammensetzung der zu Grunde liegenden funktionalisierten und unfunktionalisierten Monomere zutrifft und das gesamte Blockcopolymer bzw. Pfropfcopolymer die oben gemachten Angaben in Bezug auf die Molmassenverteilung, insbesondere bezüglich ΔM und des Gewichtsmittels, und die Schmelzviskosität erfüllt.
Als Beispiele für zum Aufbau der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere erfindungsgemäß einsetzbare unfunktionalisierte Monomere seien, ohne eine Einschränkung vornehmen zu wollen, unfunktionalisierte α,β-ungesättigte Ester der allgemeinen Struktur (I) CH₂ = CH(R¹)(COOR²) (I)genannt, wobei R¹ = H oder CH₃ und R² = lineare, verzweigte oder ringförmige, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste mit 1 bis 30, insbesondere mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt.
Unfunktionalisierte Monomere, die sehr bevorzugt im Sinne der allgemeinen Struktur (I) für die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere eingesetzt werden, umfassen Acryl- und Methacrylsäureester mit Alkylgruppen bestehend aus 1 bis 30 C-Atomen, insbesondere 4 bis 18 C-Atomen. Spezifische Beispiele für entsprechende Verbindungen sind, ohne sich durch diese Aufzählung einschränken zu wollen, Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, n-Butylacrylat, n-Pentylacrylat, n-Hexylacrylat, n-Heptylacrylat, n-Octylacrylat, n-Nonylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, deren verzweigte Isomere, wie z. B. 2-Ethylhexylacrylat und iso-Octylacrylat sowie cyclische Monomere wie z. B. Cyclohexyl- oder Norbornylacrylat und Isobornylacrylat sowie auch deren methacrylatische Analoga.
Ebenfalls einsetzbar als unfunktionalisierte Monomere für die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere sind Acryl- und Methacrylsäureester, die aromatische Reste enthalten, wie z. B. Phenylacrylat, Benzylacrylat, Benzoinacrylat, Phenylmethacrylat, Benzylmethacrylat oder Benzoinmethacrylat.
Weiterhin können optional Vinylmonomere aus den folgenden Gruppen eingesetzt werden: Vinylester, Vinylether, Vinylhalogenide, Vinylidenhalogenide, sowie Vinylverbindungen, die aromatische Zyklen und Heterozyklen in α-Stellung enthalten. Für die optional einsetzbaren Vinylmonomere seien beispielhaft ausgewählte erfindungsgemäß einsetzbare Monomere genannt: Vinylacetat, Vinylformamid, Vinylpyridin, Ethylvinylether, 2-Ethylhexylvinylether, Butylvinylether, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Styrol, α-Methylstyrol.
Als Beispiele für zum Aufbau der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere erfindungsgemäß einsetzbare funktionalisierte Monomere seien, ohne eine Einschränkung vornehmen zu wollen, funktionalisierte α,β-ungesättigte Ester der allgemeinen Struktur (II) CH₂ = CH(R¹)(COOR³) (II)genannt, wobei R¹ = H oder CH₃ und R³ = H oder lineare, verzweigte oder ringförmige, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste mit 1 bis 30, insbesondere mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und zumindest eine funktionelle Gruppe, die zumindest ein Atom beinhaltet, das von Kohlenstoff und Wasserstoff verschieden ist, enthält.
Funktionalisierte Monomere, die besonders vorteilhaft im Sinne dieser Erfindung eingesetzt werden können, sind, ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben, Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat, Allylglycidylether, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat, 4-Hydroxybutylmethacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Methacrylamid, Acrylamid, N-Methylolmethacrylamid, N- Methylolacrylamid, Vinylalkohol, 2-Hydroxyethylvinylether, 3-Hydroxypropylvinylether, 4-Hydroxybutylvinylether, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid.
Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere können beispielsweise alle kontrolliert, quasilebend oder lebend verlaufenden radikalischen Polymerisationsverfahren eingesetzt werden. Hierbei seien beispielsweise, ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu besitzen, die ATRP (atom transfer radical polymerization), die NMRP (nitroxide mediated radical polymerization) oder der RAFT-Prozess (reversible addition and fragmentation chain transfer) genannt, also insbesondere solche Verfahren, die eine Kontrolle über die Molmassen und Molmassenverteilung der Polymerkette erlauben.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere über ein kontrolliertradikalisches, quasilebend-radikalisches oder lebend-radikalisches Polymerisationsverfahren erfolgt in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels oder in Gegenwart von Wasser oder in Gemischen aus organischen Lösungsmitteln und/oder organischer Lösungsmittel mit Wasser oder in Substanz. Bevorzugt wird so wenig Lösungsmittel wie möglich eingesetzt. Die Polymerisationszeit für erfindungsgemäß einsetzbare Prozesse beträgt – je nach Umsatz und Temperatur – typischerweise zwischen 4 und 72 h.
Bei der Lösungsmittelpolymerisation werden als Lösemittel vorzugsweise Ester gesättigter Carbonsäuren (wie Ethylacetat), aliphatische Kohlenwasserstoffe (wie n-Hexan, n-Heptan oder Cyclohexan), Ketone (wie Aceton oder Methylethylketon), Siedegrenzenbenzin, aromatische Lösungsmittel wie Toluol oder Xylol oder Gemische vorgenannter Lösungsmittel verwendet. Für die Polymerisation in wässrigen Medien beziehungsweise Gemischen aus organischen und wässrigen Lösungsmitteln werden zur Polymerisation bevorzugt Emulgatoren und Stabilisatoren zugesetzt.
Als Polymerisationsinitiatoren werden vorteilhaft übliche radikalbildende Verbindungen wie beispielsweise Peroxide, Azoverbindungen und Peroxosulfate eingesetzt. Auch Initiatorengemische eignen sich hervorragend.
Zur Radikalstabilisierung werden in günstiger Vorgehensweise Nitroxide vom Typ (III) oder (IV) eingesetzt:
wobei R^#1, R^#2, R^#3, R^#4 R^#5 R^#6, R^#7, R^#8 unabhängig voneinander folgende Verbindungen oder Atome bedeuten:

i) Halogenide, wie Chlor, Brom oder Iod
ii) lineare, verzweigte, cyclische und heterocyclische Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gesättigt, ungesättigt oder aromatisch sein können,
iii) Ester -COOR^#9 , Alkoxide -OR^#10 und/oder Phosphonate -PO(OR^#11)₂ _; wobei R^#9, R^#10 und/oder R^#11 für Reste aus der Gruppe ii) stehen.

Verbindungen der Struktur (III) oder (IV) können auch an Polymerketten jeglicher Art gebunden sein (vorrangig in dem Sinne, dass zumindest einer der oben genannten Reste eine derartige Polymerkette darstellt) und damit als Makroradikale oder Makroregler genutzt werden.
Mehr bevorzugt werden kontrollierte Regler für die Polymerisation von Verbindungen des Typs:

• 2,2,5,5-Tetramethyl-1-pyrrolidinyloxyl (PROXYL), 3-Carbamoyl-PROXYL, 2,2-dimethyl-4,5-cyclohexyl-PROXYL, 3-oxo-PROXYL, 3-Hydroxylimine-PROXYL, 3-Aminomethyl-PROXYL, 3-Methoxy-PROXYL, 3-t-ButyI-PROXYL, 3,4-Di-t-butyl-PROXYL
• 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxyl pyrrolidinyloxyl (TEMPO), 4-Benzoyloxy-TEMPO, 4-Methoxy-TEMPO, 4-Chloro-TEMPO, 4-Hydroxy-TEMPO, 4-Oxo-TEMPO, 4-Amino-TEMPO, 2,2,6,6,-Tetraethyl-1-piperidinyloxyl, 2,2,6-Trimethyl-6-ethyl-1-piperidinyloxyl
• N-tert.-Butyl-1-phenyl-2-methyl propyl Nitroxid
• N-tert.-Butyl-1-(2-naphtyl)-2-methyl propyl Nitroxid
• N-tert.-Butyl-1-diethylphosphono-2,2-dimethyl propyl Nitroxid
• N-tert.-Butyl-1-dibenzylphosphono-2,2-dimethyl propyl Nitroxid
• N-(1-Phenyl-2-methyl propyl)-1-diethylphosphono-1-methyl ethyl Nitroxid
• Di-t-Butylnitroxid
• Diphenylnitroxid
• t-Butyl-t-amyl Nitroxid

WO 98/13392 der Akzo Nobel N. V. beschreibt offenkettige Alkoxyaminverbindungen, die ein symmetrisches Substitutionsmuster aufweisen. WO 96/24620 der Elf Atochem beschreibt ein Polymerisationsverfahren, bei dem sehr spezielle Radikalverbindungen wie z. B. phosphorhaltige Nitroxide, die auf Imidazolidin basieren, eingesetzt werden. WO 98/44008 der B. F. Goodrich Co. offenbart spezielle Nitroxyle, die auf Morpholinen, Piperazinonen und Piperazindionen basieren. DE 199 49 352 der Ciba beschreibt heterozyklische Alkoxyamine als Regulatoren in kontrolliert radikalischen Polymerisationen. Entsprechende Weiterentwicklungen der Alkoxyamine bzw. der korrespondierenden freien Nitroxide verbessern die Effizienz zur Herstellung von Polyacrylaten (Hawker, Beitrag zur Hauptversammlung der American Chemical Society, Frühjahr 1997; Husemann, Beitrag zum IUPAC World-Polymer Meeting 1998, Gold Coast). Die in WO 98/13392, WO 96/24620, WO 98/44008 und DE 199 49 352 beschriebenen Reglersysteme sowie deren Weiterentwicklungen können im Sinne dieser Erfindung eingesetzt werden.
Als weitere Polymerisationsmethode lässt sich in vorteilhafter Weise zur Synthese der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere die Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) einsetzen, wobei als Initiator bevorzugt monofunktionelle oder difunktionelle sekundäre oder tertiäre Halogenide und zur Abstraktion des(r) Halogenids(e) Cu-, Ni-, Fe-, Pd-, Pt-, Ru-, Os-, Rh-, Co-, Ir-, Ag- oder Au-Komplexe (siehe beispielsweise der Schriften EP 824 111 ; EP 826 698 ; EP 824 110 ; EP 841 346 ; EP 850 957 der Elf Atochem) eingesetzt werden. Die unterschiedlichen Möglichkeiten der ATRP sind ferner in den Schriften US 5,945,491 und US 5,789,487 durch K. Matyjaszewski et al. beschrieben. Derartige Verfahren können im Sinne dieser Erfindung eingesetzt werden.
Als sehr bevorzugter Herstellprozess für die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere wird eine Variante der RAFT-Polymerisation (reversible addition-fragmentation chain transfer) durchgeführt. Der Polymerisationsprozess ist z. B. in den Schriften WO 98/01478 und WO 99/31144 der Du Pont de Nemours Co. ausführlich beschrieben. Zur Herstellung der funktionalisierten Polymere eignen sich besonders vorteilhaft Trithiocarbonate der allgemeinen Struktur R'''-S-C(S)-S-R''' [R. T. A. Mayadunne, E. Rizzardo, J. Chiefari, J. Krstina, G. Moad, A. Postma, S. H. Thang, Macromolecules, 2000, 33, 243]. In einer sehr vorteilhaften Variante werden beispielsweise Trithiocarbonat (V) oder die Thioverbindungen (VI) und (VII) zur Polymerisation eingesetzt, wobei Φ ein Phenylring, der unfunktionalisierf oder durch Alkyl- oder Arylsubstituenten, die direkt oder über Ester- oder Etherbrücken verknüpft sind, funktionalisiert sein kann, oder eine Cyanogruppe sein kann oder ein gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Rest sein kann. Der Phenylring Φ kann optional einen oder mehrere Polymerketten, beispielsweise Polybutadien, Polyisopren, Polychloropren, ein (Meth)acrylatcopolymer oder Polystyrol tragen, um nur einige zu nennen. Funktionalisierungen können beispielsweise Halogene, Hydroxygruppen, Epoxidgruppen, stickstoffoder schwefelenthaltende Gruppen sein, ohne dass diese Liste Anspruch auf Vollständigkeit erhebt.
Außerdem können Thioester der allgemeinen Struktur R^$1-C(S)-S-R^$2 zum Einsatz kommen. Dabei können R^$1 und R^$2 unabhängig voneinander gewählt werden und wobei R^$1 ein Rest aus einer der folgenden Gruppen i) bis iv) und R^$2 ein Rest aus einer der folgenden Gruppen i) bis iii) sein kann:

i) C₁- bis C₁₈-Alkyl, C₂- bis C₁₈-Alkenyl, C₂- bis C₁₈-Alkinyl, jeweils linear oder verzweigt; Aryl-, Phenyl-, Benzyl-, aliphatische und aromatische Heterozyklen.
ii) -NH₂, -NH-R^$3, -NR^$3R^$4, -NH-C(O)-R^$3, -NR^$3-C(O)-R^$4, -NH-C(S)-R^$3, -NR^$3-C(S)-R^$4,
wobei R^$3 und R^$4 unabhängig voneinander gewählte Reste aus der Gruppe i) sind.
iii) -S-R^$5, -S-C(S)-R^$5, wobei R^$5 ein Rest aus einer der Gruppen i) oder ii) sein kann.
iv) -O-R^$6, -O-C(O)-R^$6, wobei R^$6 ein Rest gewählt aus einer der Gruppen i) oder ii) sein kann.

In Verbindung mit den obengenannten kontrolliert radikalisch verlaufenden Polymerisationen werden Initiatorsysteme bevorzugt, die zusätzlich weitere radikalische Initiatoren zur Polymerisation enthalten, insbesondere thermisch zerfallende radikalbildende Azo- oder Peroxoinitiatoren. Prinzipiell eignen sich hierfür jedoch alle für (Meth)acrylate bekannten üblichen Initiatoren. Die Produktion von C-zentrierten Radikalen ist bei J. O. Metzger in Houben-Weyl: Methoden der Organischen Chemie, 4. Aufl., 1989, Bd. E19a, G. Thieme, Stuttgart beschrieben. Diese Methoden werden in bevorzugter Weise angewendet. Beispiele für Radikalquellen sind Peroxide, Hydroperoxide und Azoverbindungen. Als einige nicht ausschließliche Beispiele für typische Radikalinitiatoren seien hier genannt: Kaliumperoxodisulfat, Dibenzoylperoxid, Cumolhydroperoxid, Cyclohexanonperoxid, Cyclohexylsulfonylacetylperoxid, Di-tertbutylperoxid, Azodiisobutyronitril, Diisopropylpercarbonat, tert-Butylperoctoat, Benzpinacol. In einer sehr bevorzugten Variante wird als radikalischer Initiator 1,1'-Azo-bis-(cyclohexylnitril) (Vazo 88^®, DuPont^®) oder 2,2-Azo-bis-(2-methylbutannitril) (Vazo 67^®, DuPont^®) verwendet. Weiterhin können auch Radikalquellen verwendet werden, die erst unter UV-Bestrahlung Radikale freisetzen.
Beim konventionellen RAFT-Prozess wird zumeist nur bis zu geringen Umsätzen polymerisiert [WO 98/01478], um möglichst enge Molekulargewichtsverteilungen zu realisieren. Durch die geringen Umsätze lassen sich diese Polymere aber nicht als Beschichtungsmassen und insbesondere nicht als Haftklebemassen einsetzen, da der hohe Anteil an Restmonomeren die klebtechnischen Eigenschaften negativ beeinflusst, die Restmonomere im Aufkonzentrationsprozess das Lösemittelrecyclat verunreinigen und die entsprechenden Oberflächenschichten ein sehr hohes Ausgasungsverhalten zeigen würden.
Das Lösemittel wird bevorzugt in einem Aufkonzentrationsextruder unter vermindertem Druck abgezogen, wozu beispielsweise Ein- oder Doppelschneckenextruder eingesetzt werden können, die bevorzugt das Lösemittel in verschiedenen oder gleichen Vakuumstufen abdestillieren und über eine Feedvorwärmung verfügen.
Verwendung der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere
Die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere eigenen sich durch ihre niedrige Schmelzviskosität besonders als Ausgangssubstanzen für Oberflächenbeschichtungen.
Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere ist ihre bevorzugt lösungsmittelfreie Beschichtung auf eine Oberfläche. Um gute Produkteigenschaften als Oberflächenschicht zu bieten, werden die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere vernetzt. Die Vernetzungsreaktion wird günstigerweise thermisch und/oder durch aktinische Strahlung initiiert und nutzt die spezifische Chemie der in den funktionalisierten Polymeren enthaltenen funktionellen Gruppen. Die Vernetzungsreaktion kann dabei zwischen zwei funktionellen Gruppen direkt ablaufen oder auch in Verbindung mit einem Kopplungsadditiv, das zumindest eine funktionelle Gruppe enthält, das mit zumindest einer im erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymer enthaltenen funktionellen Gruppe reagieren kann. Es ist ebenfalls möglich, mit Hilfe zumindest eines Kopplungsreagenzes eine Kettenverlängerung zu erzeugen. Da die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere mehr als zwei funktionelle Gruppen tragen können, wird bei Umsetzung mit einem difunktionellen Kopplungsreagenzes Kettenverlängerung und Vernetzung stattfinden. Um die zur Kettenverlängerung und/oder Vernetzung führenden Reaktion in günstiger Weise ablaufen zu lassen, können optional Katalysatoren, Aktivatoren oder Initiatoren zugesetzt werden.
In einer besonders bevorzugten Verwendung dienen die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere als Rohstoff, optional auch in Kombination mit anderen Rohstoffen, für Haftklebemassen. Sie finden dann in ein- oder doppelseitigen Selbstklebebändern Anwendung.
Es ist ebenfalls erfindungsgemäß, die erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere als Rohstoff, optional auch in Kombination mit anderen Rohstoffen, für Oberflächenlacke zu verwenden.
Prüfmethoden
Test 1 – Gelpermeationschromatographie (GPC):
Die Bestimmung des Gewichtsmittels der Molmassenverteilung M_w, der Polydispersität D, der Molmassendifferenz ΔM und der hierfür erforderlichen Größen M_min und M_P erfolgte durch Gelpermeationschromatographie. Als Eluent wurde THF mit 0,1 Vol.-% Trifluoressigsäure eingesetzt. Die Messung erfolgte bei 23°C. Als Vorsäule wurde PSS-SDV, 10 μ, 10³ Å, ID 8.0 mm × 50 mm verwendet. Zur Auftrennung wurde die Säulenkombination PSS-SDV, 10 μ, linear-one mit ID 8.0 mm × 300 mm eingesetzt. Die Probenkonzentration betrug 1 g/l, die Durchflussmenge 0,5 ml pro Minute. Es wurde gegen Polystyrol-Standards gemessen.
Test 2 – K-Wert:
Der K-Wert ist ein Maß für die mittlere Molekülgröße hochpolymerer Stoffe. Das Prinzip der Methode beruht auf der kapillarviskosimetrischen Bestimmung der relativen Lösungsviskosität. Hierzu wird die Testsubstanz in Toluol durch dreißigminütiges Schütteln aufgelöst, so dass man eine 1 %-ige Lösung erhält. In einem Vogel-Ossag-Viskosimeter wird bei 25 °C die Auslaufzeit gemessen und daraus in Bezug auf die Viskosität des reinen Lösungsmittels die relative Viskosität der Probenlösung bestimmt. Aus Tabellen kann nach Fikentscher [P. E. Hinkamp, Polymer, 1967, 8, 381] der K-Wert abgelesen werden (K = 1000 k).
Test 3 – Gelwert:
Die lösungsmittelfreien Haftklebemassenproben werden in ein Vliestütchen aus Polyethylen (Tyvek-Vlies) eingeschweißt. Lösliche Bestandteile werden mit Toluol über eine Dauer von drei Tagen unter täglichem Lösungsmittelaustausch extrahiert. Aus der Differenz der Probengewichte vor der Extraktion und nach der Extraktion wird der Gelwert als prozentuale Angabe des Gewichtsanteils des Polymers, das nicht mit Toluol extrahierbar ist, bestimmt.
Test 4 – Klebkraft:
Die Prüfung der Schälfestigkeit (Klebkraft) erfolgte in Anlehnung an PSTC-1. Auf eine 25 μm dicke PET-Folie wird eine 50 μm dicke Haftklebeschicht aufgebracht. Ein 2 cm breiter Streifen dieses Musters wird auf eine geschliffene Stahlplatte durch fünfmaliges doppeltes Überrollen mittels einer 5 kg Rolle verklebt. Die Platte wird eingespannt und der Selbstklebestreifen über sein freies Ende an einer Zugprüfmaschine unter einem Schälwinkel von 180° mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/min abgezogen.
Test 5 – Scherstandzeiten:
Die Prüfung erfolgte in Anlehnung an PSTC-7. Auf eine 25 μm dicke PET-Folie wird eine 50 μm dicke Haftklebeschicht aufgebracht. Ein 1,3 cm breiter Streifen dieses Musters wird auf einem polierten Stahlplättchen auf einer Länge von 2 cm mit einer 2 kg-Rolle durch zweimaliges doppeltes Überrollen verklebt. Die Plättchen werden für 30 min unter Testbedingungen (Temperatur und Luftfeuchtigkeit), aber ohne Last equilibriert. Dann wird das Testgewicht angehängt, so dass eine Scherbeanspruchung parallel zur Verklebungsfläche entsteht, und die Zeit gemessen, bis die Verklebung versagt. Ist eine Haltezeit von 10 000 min erreicht, so wird der Versuch vor Versagen der Klebbindung abgebrochen.
Beispiele
Beispiel A: In einem für die radikalische Polymerisation konventionellen 2L-Stahlreaktor wurden unter Stickstoffatmosphäre 285 g 2-Ethylhexylacrylat, 285 g n-Butylacrylat, 30 g 2-Hydroxyethylmethacrylat, 400 g Aceton sowie 15,3 g Dibenzyltrithiocarbonat (Herstellung nach Vorschrift W. M. Albert, Synth. Commun., 1988, 18, 1531 unter Verwendung von Benzylbromid und Kohlenstoffdisulfid) vorgelegt. Der Reaktor wurde auf 58 °C Innentemperatur aufgeheizt und das Monomergemisch mit 0,1 g Vazo 67^® (DuPont) initiiert. Nach 4 Stunden 40 Minuten wurde mit 0,1 g Vazo 67^® nachinitiiert. Die Temperatur betrug zu diesem Zeitpunkt 67 °C. Nach 24,5 Stunden wurde der Reaktor abgekühlt und die Polymerlösung abgelassen. Das Produkt wurde im Vakuumtrockenschrank vom Lösungsmittel befreit. GPC (Test 1) ergab M_n = 14 700 g/mol bei einer Polydispersität von 1,23. Der K-Wert (Test 2) lag bei 17,6.
Vergleichsbeispiel B: In einem für die radikalische Polymerisation konventionellen 2L-Stahlreaktor wurden unter Stickstoffatmosphäre 285 g 2-Ethylhexylacrylat, 285 g n- Butylacrylat, 30 g 2-Hydroxyethylmethacrylat und 400 g iso-Propanol vorgelegt. Der Reaktor wurde auf 58 °C Innentemperatur aufgeheizt und das Monomergemisch mit 0,1 g Vazo 67^® (DuPont) initiiert. Nach einer Stunde wurde mit 0,1 g Vazo 67^® nachinitiiert. Die Temperatur betrug zu diesem Zeitpunkt 89 °C. Nach 25 Stunden wurde der Reaktor abgekühlt und die Polymerlösung abgelassen. Das Produkt wurde im Vakuumtrockenschrank vom Lösungsmittel befreit. GPC (Test 1) ergab M_n = 11 400 g/mol bei einer Polydispersität von 3,05. Der K-Wert (Test 2) lag bei 23,8.
Die Beispielverbindungen wurden so in ihrer Art gewählt, dass sie im vernetzten Zustand potenziell als Haftklebemassen einsetzbar sind. Die nach den Beispielen A und B erhaltenen Produkte wurden zur Vernetzung mit Isophorondiisocyanat (Vestanat IPDI^®, Fa. Hüls) unter Verwendung von Coscat 83^® (Fa. C. H. Erbslöh) als Katalysator bei Raumtemperatur lösungsmittelfrei vermischt und unmittelbar anschließend mit einer Schichtdicke von 50 μm auf 25 μm dicke Polyesterfolie beschichtet (Beispiel A: 50 g Polymer A + 2,28 g Vestanat IPDI^® + 0,16 g Coscat 83^®; Beispiel B: 50 g Polymer B + 2,88 g Vestanat IPDI^® + 0,16 g Coscat 83^®). Die Netzwerkstruktur wurde über eine Gelwertanalyse (Test 3, siehe Tabelle 2) beurteilt. Die beschichteten Muster wurden in Teststreifen geschnitten und die so erhaltenen Selbstklebebänder im Hinblick auf ihrer klebtechnischen Eigenschaften (Test 4 und Test 5, siehe Tabelle 2) untersucht.
Tabelle 2 zeigt deutlich den Unterschied im klebtechnischen Leistungsprofil von Beispiel A und Beispiel B auf. Erfindungsgemäße funktionalisierte Polymere lassen sich in haftklebrige Materialien mit sehr guter Kohäsion umwandeln, während klassisch hergestellte Systeme für eine Verwendung in Selbstklebebändern ungeeignet sind. Diese Eigenschaftsunterschiede lassen sich durch eine veränderte Zusammensetzung aus vernetzen und unvernetzten Bestandteilen in der Haftklebemasse erklären. Auf diese Unterschiede soll im Folgenden kurz eingegangen werden, um die Vorteile der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere bei der Verwendung als vernetztes Material in Oberflächenschichten deutlich zu machen.

Tabelle 2
Zur genaueren Analyse des Zustands der vernetzten Materialien aus Beispiel A und Beispiel B wurden weitere Ansätze durchgeführt. Dabei wurden erneut die Einsatzverhältnisse der funktionalisierten Polymere, des Diisocyanats und des Katalysators für die Vernetzungsreaktion gewählt, wie oben angegeben. Die Gelwerte für die hier beschriebenen Ansätze unterscheiden sich leicht von den für die oben beschriebenen Ansätze gefundenen (Tabelle 2), was jedoch die grundsätzlichen Interpretationen des folgenden Teils nicht in ihrer Aussagekraft beeinflusst.
Das nach Beispiel B erhaltene Vergleichsprodukt weist im unvernetzten Zustand (Gelwert = 0 %, Test 3) einen K-Wert (Test 2) von 23,8 Einheiten auf. Die NMR-Analyse dieses Präpolymers ergab eine Polymerzusammensetzung, die dem Einbau von 47,2 Gew.-% n-Butylacrylat, 48,1 Gew.-% 2-Ethylhexylacrylat und 4,7 Gew.-% 2-Hydroxyethylmethacrylat entspricht. Durch die Umsetzung dieses Systems mit Isophorondiisocyanat, kommt es zu einer Polymervernetzung. Das Polymernetzwerk weist danach einen Gelwert, also einen Massenanteil an unlöslichen Bestandteilen, von 73,6 % auf. Die übrigen 26,4 % der Probe lassen sich nicht mit in das Polymernetzwerk einbinden und stellen den löslichen Anteil dar. Die NMR-Analyse dieser löslichen Anteile zeigte eine Zusammensetzung, die dem Einbau von 50,2 Gew.-% n-Butylacrylat und 49,8 Gew.-% 2-Ethylhexylacrylat entspricht. Es wurden keine Hinweise auf Einbau von 2- Hydroxyethylmethacrylat in diese löslichen Bestandteile gefunden. Zur weiteren Analyse dieser löslichen Bestandteile wurde erneut der K-Wert (Test 2) bestimmt. Dieser lag mit 13,5 Einheiten deutlich unter dem Wert des nicht umgesetzten Präpolymers. Aufgrund der K-Wert-Differenz von 10,3 Einheiten und der Ergebnisse der NMR-Analyse lässt sich aussagen, dass es sich bei der nicht vernetzbaren Polymerkomponente um niedermolekulare Bestandteile mit einer unzureichenden OH-Funktionalisierung handelt. Der relativ hohe Anteil an unvernetzbaren, niedermolekularen Polymerketten, führt zu einem Massesystem mit mangelhafter Kohäsion, in dem die Polymere mit niedrigem Polymerisationsgrad als unerwünschter Weichmacher agieren, nach Verklebung an die Oberfläche migrieren und beim Wiederablösen einen Schmierfilm zurücklassen.
Ein nach Beispiel A erhaltenes erfindungsgemäß funktionalisiertes Polymer weist im unvernetzten Zustand einen Gelwert von 0 % (Test 3) und einen K-Wert (Test 2) von 17,6 Einheiten auf. Die NMR-Analyse dieses Präpolymers ergab eine Zusammensetzung, die dem Einbau von 43,7 Gew.-% n-Butylacrylat, 50,5 Gew.-% 2-Ethylhexylacrylat und 5,8 Gew.-% 2-Hydroxyethylmethacrylat entspricht. Durch die Umsetzung dieses Systems mit Isophorondiisocyanat kommt es zur Vernetzung des funktionalisierten Polymers. Das Polymernetzwerk weist danach einen Gelwert von 82,0 % (Test 3) auf. Lediglich 18,0 des Massesystems lassen sich nicht mit in das Polymernetzwerk einbinden, also gegenüber dem Vergleichsbeispiel ein deutlich reduzierter Anteil. Auch hier zeigte die NMR-Analyse der löslichen Bestandteile keine Hinweise auf den Einbau von 2-Hydroxyethylmethacrylat. Der K-Wert (Test 2) der löslichen Bestandteile lag mit 15,5 Einheiten nur leicht unter dem Wert des nicht umgesetzten Präpolymers. Aufgrund der geringen K-Wert-Differenz und der Ergebnisse der NMR-Analyse lässt sich aussagen, dass es sich bei den nicht vernetzbaren Polymerbestandteilen um unzureichend OHfunktionalisierte Bestandteile handelt, die nur leicht unterhalb des mittleren Molekulargewichtes des Präpolymers liegen. Diese nicht in das Polymernetzwerk eingebundenen Bestandteile führen zu keiner entscheidenden Beeinflussung der Kohäsion des Massesystems, so dass die vernetzten erfindungsgemäß funktionalisierten Polymere beispielsweise als Haftklebemassen vorteilhaft eingesetzt werden können.

Claims

Funktionalisiertes Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsmittel der Molmassenverteilung zwischen 5 000 g/mol und 300 000 g/mol, bevorzugt zwischen 10 000 g/mol und 100 000 g/mOl liegt und die Differenz zwischen M_p und M_min kleiner als 25 000 g/mol, bevorzugt kleiner als 15 000 g/mol ist, wobei (a) M_p die Peakmolmasse eines monomodalen Polymers oder die Peakmolmasse der kleinsten Mode in einem bimodalen oder multimodalen Polymer ist, (b) M_min die kleinste in der Molmassenverteilung auftretende Molmasse ist, definiert an derjenigen Stelle, an der die Summenhäufigkeit der Molmassenverteilung einen Wert von 0,05 hat, (c) das funktionalisierte Polymer von linearer, verzweigter oder sternförmiger Struktur ist, (d) das funktionalisierte Polymer zumindest eine Sorte an Funktionalisierungen trägt, die zu einer späteren Vernetzung des funktionalisierten Polymers genutzt werden kann, (e) zumindest 50 % der Polymerketten zumindest zwei Funktionalisierungen tragen, (f) zumindest 75 % der Polymerketten zumindest eine Funktionalisierung tragen (g) seine zumindest eine Art an Funktionalisierung aus der Verwendung zumindest einer Sorte eines funktionalisierten Monomers bei der Herstellung des funktionalisierten Polymers resultiert.
Funktionalisiertes Blockcopolymer, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsmittel der Molmassenverteilung zwischen 5 000 g/mol und 300 000 g/mol, bevorzugt zwischen 10 000 g/mol und 100 000 g/mol liegt und die Differenz zwischen M_p und M_min kleiner als 25 000 g/mol, bevorzugt kleiner als 15 000 g/mol ist, wobei (a) M_p die Peakmolmasse eines monomodalen Blockcopolymers oder die Peakmolmasse der kleinsten Mode in einem bimodalen oder multimodalen Blockcopolymer ist, (b) M_min die kleinste in der Molmassenverteilung auftretende Molmasse ist, definiert an derjenigen Stelle, an der die Summenhäufigkeit der Molmassenverteilung einen Wert von 0,05 hat, (c) das funktionalisierte Blockcopolymer von linearer, verzweigter, sternförmiger oder gepfropfter Struktur ist, (d) zumindest ein Block des funktionalisierten Blockcopolymers zumindest eine Sorte an Funktionalisierungen trägt, die zu einer späteren Vernetzung des funktionalisierten Blockcopolymers genutzt werden kann, (e) zumindest 50 % zumindest eines Blocks der Blockcopolymerketten zumindest zwei Funktionalisierungen tragen, (f) zumindest 75 % zumindest eines Blocks der Blockcopolymerketten zumindest eine Funktionalisierung tragen (g) seine zumindest eine Art an Funktionalisierung aus der Verwendung zumindest einer Sorte eines funktionalisierten Monomers bei der Herstellung des funktionalisierten Blockcopolymers resultiert.
Funktionalisiertes Polymer nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zu mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % aus (Meth)acrylatmonomeren hergestellt ist.
Funktionalisiertes Polymer nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Monomergemisch, aus dem es durch Polymerisation gewonnen wird, zu bis zu 20 %, bevorzugt zu bis zu 10 %, mehr bevorzugt zu bis zu 5 % zumindest eine Sorte eines funktionalisierten Monomers enthält.
Funktionalisiertes Polymer nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unfunktionalisierten Monomere bei der Herstellung der funktionalisierten Polymere einer oder einer Kombination an unfunktionalisierten α,β-ungesättigten Estern der allgemeinen Struktur CH₂ = CH(R¹)(COOR²) entnommen sind, wobei R¹ = H oder CH₃ und R² = lineare, verzweigte oder ringförmige, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste mit 1 bis 30, insbesondere mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt.
Funktionalisiertes Polymer nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalisierten Monomere bei der Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere einer oder einer Kombination an unfunktionalisierten α,β-ungesättigten Estern der allgemeinen Struktur CH₂ = CH(R¹)(COOR³) entnommen sind, wobei R¹ = H oder CH₃ und R³ = H oder lineare, verzweigte oder ringförmige, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste mit 1 bis 30, insbesondere mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und zumindest eine funktionelle Gruppe, die zumindest ein Atom beinhaltet, das von Kohlenstoff und Wasserstoff verschieden ist, enthält.
Funktionalisiertes Polymer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalisierten Monomere bei der Herstellung der funktionalisierten Polymere einer oder einer Kombination an funktionalisierten α,β-ungesättigten Carbonylverbindungen der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat, 4-Hydroxybutylmethacrylat, Itaconsäure, Crotonsäure, Acrylamid, Methacrylamid, N-Methylolacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, Vinylalkohol, 2-Hydroxyethylvinylether, 3-Hydroxypropylvinylether, 4-Hydroxybutylvinylether, Maleinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid entnommen sind.
Herstellung eines funktionalisierten Polymers nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es durch ein kontrolliert-radikalisches, quasilebend-radikalisches oder lebend-radikalisches Polymerisationsverfahren hergestellt ist.
Funktionalisierte Polymer nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Zugabe eines Kopplungsreagenzes und optional weiterer Hilfssubstanzen wie Katalysatoren, Initiatoren oder Aktivatoren zu einer Kettenverlängerung und/oder Vernetzung gebracht werden kann.
Funktionalisiertes Polymer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenverlängerung und/oder Vernetzung durch Einfluss thermischer Energie und/oder aktinischer Strahlung initiiert wird.
Funktionalisiertes Polymer nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es, optional in Kombination mit anderen Materialien, zur Beschichtung von Oberflächen verwendet wird.
Funktionalisiertes Polymer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es, optional in Kombination mit anderen Materialien, zur Herstellung von Filmen oder schichtförmigen Produkten verwendet wird.
Funktionalisiertes Polymer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kettenverlängerungsreaktion und/oder Vernetzungsreaktion während und/oder nach der Beschichtung abläuft.
Haftklebemasse, die zumindest eine Sorte funktionalisierter Polymere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 enthält.
Selbstklebebänder, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine Haftklebemasse nach Anspruch 14 enthalten.