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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung mit trübem Erscheinungsbild
und verbesserter Barrierewirkung, Verfahren zu ihrer Herstellung
sowie ihre Verwendung.
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Zum
Erreichen eines trüben
Erscheinungsbilds werden im Stand der Technik üblicherweise Substanzen eingesetzt,
die den Effekt haben, bei Verwendung in Lacksystemen den Oberflächenglanz
des gehärteten Lacks
mehr oder minder stark herabzusetzen. Derartige Substanzen bezeichnet
der Fachmann als Mattierungsmittel. Mattierungsmittel sind demnach
Substanzen, die als Additive eingesetzt werden, um den Oberflächenglanz
von ausgehärteten
Lacken bzw. Beschichtungen zu reduzieren. In diesem in der Fachwelt üblichen Sinne
wird der Ausdruck „Mattierungsmittel" auch im Rahmen der
vorliegenden Erfindung gebraucht.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Mattierungsmittel sind überwiegend
Feststoffe.
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US 6,770,128 beschreibt
die Verwendung mit Wachs überzogener
Silica-Partikel als Mattierungsmittel in strahlenhärtenden
Systemen.
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WO
2004/055120 beschreibt die Verwendung beschichteter Silica-Partikel
zur Mattierung von Lacken.
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WO
2004/092286 beschreibt die Verwendung von Dimerdiol(meth)acrylaten
als Mattierungsmittel.
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WO
2005/052038 beschreibt die Verwendung eines vernetzten (Meth)acrylatcopolymers
als Mattierungsmittel in thermoplastischen Formmassen.
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WO
02/42385 betrifft die Synthese und Verwendung eines dendritischen
carboxyl-funktionalisierten Polyesters als Bestandteil eines „matten" Pulverlacks. Dabei
beschreibt Beispiel 1 die Herstellung eines Pulverlacks mit einer
Partikelgröße von 45 μm. Angaben
zur Größe der Mattierung
auslösenden
Bestandteile fehlen jedoch.
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Der
Nachteil fester Mattierungsmittel liegt hauptsächlich darin, dass das Einrühren fester
Bestandteile in ein Beschichtungssystem grundsätzlich zu einem erheblichen
Viskositätsanstieg
des zugrundeliegenden Beschichtungssystems führt. Oft entstehen hierbei
pastöse,
nicht mehr fließfähige Produkte,
die nicht weiter verarbeitet oder appliziert werden können.
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Ein
weiterer Nachteil fester Mattierungsmittel ist der hohe energetische
Aufwand, der beim Eintrag und dem Verteilen fester Bestandteile
in Beschichtungssystemen aufgewendet werden muss.
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Noch
ein weiterer Nachteil fester Mattierungsmittel ist die inhomogene
Verteilung der festen Bestandteile in Beschichtungssystemen.
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Darüber hinaus
hat man das Problem, dass die Schichtdicke der gehärteten Beschichtung
kleiner sein muss als die Korngröße des als
Mattierungsmittel eingesetzten Feststoffes, damit der Mattierungseffekt überhaupt
eintritt. Werden vor dem Härtungsprozess
dickere Schichten aufgetragen, so tritt der Mattierungseffekt nur
dann ein, wenn entweder die Schichtdicke des Beschichtungsmittels
während
des Härtungsprozesses
aufgrund seines Schrumpfes unter die Korngröße absinkt oder der Härtungsprozess
in einer Form abläuft,
die es dem festen Mattierungsmittel ermöglicht, in der Schicht zur
Oberfläche
aufzuschwimmen und den Mattierungseffekt an der Oberfläche bewirken.
In jedem Fall werden dem Formulierer hierdurch erhebliche Grenzen
auferlegt.
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Sofern
die Mattierungsmittel aus der Polymermatrix heraustreten, werden
die mechanischen Eigenschaften des Films, wie z.B. die Chemikalienbeständigkeit,
der Gleitwert und/oder die Abriebfestigkeit nachteilig beeinflusst.
Zudem wird eine derartige Mattierung im Lauf der Zeit abgerieben.
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Weiterhin
sind die Gas- und Flüssigkeits-Barriereeigenschaften,
die unter Verwendung der konventionellen Mattierungsmittel erreicht
werden können,
oft unzureichend. Insbesondere für
zahlreiche Kunststoffbasierte Formkörper, Verpackungen und Beschichtungen
sind jedoch eine möglichst
geringe Gas- und Flüssigkeitspermeabilität bei gleichzeitig
guten mechanischen Eigenschaften essentiell.
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Auch
die bisher bekannten Verfahren zur Verbesserung der Sperrwirkung
gegen die Permeation von Gasen oder Flüssigkeiten in einem polymeren
Material sind zur Lösung
dieses Problems nur bedingt geeignet.
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Das
Aufbringen einer Sperrschicht auf der Oberfläche des Formkörpers hat
den Nachteil, dass sie anfällig
gegen mechanische oder chemische Beschädigung ist.
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Auch
die Verwendung von Barrierkomponenten, z. B. von ggf. organisch
modifizierten, mineralischen Verbindungen mit Schichtstrukturen,
die in die Polymermatrix gemischt werden, führt zu unbefriedigenden Ergebnissen.
Zum einen benötigen
derartige Barrierkomponenten einer aufwändigen Vorbehandlung, damit
sie mit der Polymermatrix überhaupt
mischbar sind. Darüber
hinaus ist eine stabile, gleichmäßige Verteilung
von den Barrierkomponenten in der Polymermatrix nur bei relativ
geringen Konzentrationen realisierbar, einem Konzentrationsbereich,
der nur eine geringe Sperrwirkung gegen Gas- und Flüssigkeitspermeation
erlaubt. Eine Erhöhung
der Konzentration an Barrierkomponenten kann die Sperrwirkung zwar
weiter verbessern, jedoch werden die mechanischen Moduli des Barrier-Blends
aufgrund einer zunehmenden inhomogeneren Verteilung der diskontinuierlichen
Phase schlechter.
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Ein
weiterer Nachteil dieser Lösung
besteht darin, dass Beschichtungen mit einer niedrigen Gas- oder Flüssigkeitspermeabilität häufig eine
unzureichende Kratzfestigkeit, Abriebfestigkeit, Benetzungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit
und/oder ein schlechtes Pigmentbindevermögen bei gleichzeitig zu hoher
Schmelzviskosität
und zu hohem Gleitwert zeigen.
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Es
bestand daher die Notwendigkeit, mindestens einen dieser, bevorzugt
möglichst
viele dieser Nachteile des Standes der Technik zu überwinden
und insbesondere Möglichkeiten
aufzuzeigen, die Sperrwirkung gegen die Permeation von Gasen oder
Flüssigkeiten
zu verbessern ohne die mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.
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Weiterhin
sind auch folgende Druckschriften bekannt: WO 01/46296 beschreibt
die Synthese eines dendritischen Polyols und dessen Verwendung in
Harnstoff- und Isocyanatbasierten Lacken. Angaben zur Partikelgröße der Polymere
und zum Erscheinungsbild der lackierten Formkörper sind der Druckschrift
jedoch nicht zu entnehmen.
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WO
02/066541 beschreibt die Synthese eines carboxyfunktionalisierten
dendritischen Polyesters und dessen Verwendung in Pulverlacken.
Hinweise zur Partikelgröße der Polymere
und zum Erscheinungsbild der lackierten Formkörper fehlen in dieser Patentanmeldung.
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Die
Patentschrift
US 5,418,301 beschreibt
die Herstellung hyperverzweigter Polyester, die endständig mit
Fettsäuren
verestert sind und als Bestandteile von Lackharzen oder Schmierstoffen
vorgeschlagen werden. Angaben zur Größe der Mattierung auslösenden Partikel
und zum Erscheinungsbild der lackierten Formkörper sind in auch dieser Druckschrift
nicht zu finden.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP
0,940,431 A1 betrifft Nukleierungsmittel für kristallisierbare thermoplastische
Polymere, die Wasserstoffbrücken-bildende
Einheiten aufweisen und u. a. für
Beschichtungszusammensetzungen eingesetzt werden können. Hinweise
zur Partikelgröße der Polymere
und zum Erscheinungsbild der Zusammensetzung fehlen auch in dieser
Druckschrift.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP
1,557,441 A2 beschreibt Nukleierungsmittel auf Basis von
hyperverzweigten Polymeren und deren Anwendung in paraffinhaltigen
Rohölen,
Kraftstoffen, Brennstoffen, Ölen und
Schmierstoffen.
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In
Anbetracht dieses Stands der Technik war es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, neue Verfahren und Rezepturen zur Verfügung zu
stellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vorzugsweise
in möglichst
vielen Punkten lösen.
Insbesondere sollte ein trübes
Erscheinungsbild erreicht und gleichzeitig die Barrierewirkung verglichen
mit herkömmlichen
Zusammensetzungen signifikant verbessert werden. Die sonstigen Materialeigenschaften,
insbesondere die mechanischen Eigenschaften, die Kratzfestigkeit,
das Pigmentbindevermögen
und die Verarbeitbarkeit, sollten möglichst nicht nachteilig beeinflusst,
sondern nach Möglichkeit
noch weiter verbessert werden.
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Die
Zusammensetzung sollte auf möglichst
einfache Art und Weise, großtechnisch
und kostengünstig herstellbar
sein. Weiterhin sollten besonders günstige Anwendungsgebiete der
Zusammensetzung aufgezeigt werden.
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Gelöst werden
diese Aufgaben sowie weitere, die zwar nicht explizit genannt werden,
sich aber aus den hierin diskutierten Zusammenhängen wie selbstverständlich ableiten
lassen oder sich aus diesen zwangsläufig ergeben, durch die in
Anspruch 1 beschriebene Zusammensetzung. Zweckmäßige Abwandlungen dieser Zusammensetzung
werden in den auf Anspruch 1 rückbezogenen
Unteransprüchen
unter Schutz gestellt. Die weiteren Ansprüche beschreiben besonders geeignete
Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Zusammensetzung.
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Dadurch,
dass man eine Zusammensetzung bereitstellt, die durch
- (i) Herstellung einer transparenten, fließfähigen Mischung, enthaltend
A)
mindestens ein erstes Oligomer oder Polymer
B) mindestens ein
zweites von A) verschiedenes Oligomer oder Polymer,
- (ii) Überführung der
transparenten Mischung in einen trüben Zustand,
- (iii) Bildung einer Dispersion aus einer diskontinuierlichen
Phase in einer kontinuierlichen Phase,
- (iv) Verfestigung der Dispersion zu einer Matrix mit dispergierten
festen oder fluiden Partikeln,
erhältlich ist, wobei - a) die Größe der diskret
vorliegenden Partikel kleiner 500 μm ist,
- b) der zahlenmäßige Anteil
der diskret vorliegenden Partikel mit einer Teilchengröße kleiner
40 nm, bezogen auf die Gesamtanzahl der diskret vorliegenden Partikel,
größer 2,0
% ist,
- c) der zahlenmäßige Anteil
der Partikel mit einer Teilchengröße größer 50 nm, bezogen auf die
Gesamtanzahl der Partikel, größer 2,0
% ist,
gelingt es auf nicht ohne weiteres vorhersehbare
Weise eine Zusammensetzung mit verbesserter Barrierewirkung und
trübem
Erscheinungsbild zugänglich
zu machen, die bezüglich
ihrem sonstigen Materialverhalten, insbesondere hinsichtlich der
mechanischen Eigenschaften, der Kratzfestigkeit, dem Pigmentbindevermögen und
der Verarbeitbarkeit, verglichen mit den herkömmlichen Zusammensetzungen
aus dem Stand der Technik zumindest vergleichbare, meist sogar überlegene
Eigenschaften aufweist.
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Die
Zusammensetzung kann auf vergleichbar einfache Art und Weise, großtechnisch
und kostengünstig
hergestellt werden. Weiterhin werden gegenüber dem Stand der Technik die
folgenden Vorteile erreicht:
- – Durch
die In-Situ Erzeugung des trüben
Erscheinungsbildes bleibt die Viskosität der Zusammensetzung vor der
Verfestigung niedrig, d.h. die zu applizierende Zusammensetzung
ist gut verarbeitbar, selbst wenn eine stärkere Trübung angestrebt wird.
- – Die
in der Matrix löslichen
niedrigviskosen Oligomere oder Polymere A) lassen sich im Gegensatz
zu anorganischen Mattierungsmitteln einfach und mit einem reduzierten
energetischen Aufwand in die Zusammensetzung einarbeiten.
- – Vergleichsweise
gleichmäßige Verteilung
der Streuzentren in der Zusammensetzung durch In-Situ Erzeugung
der Trübung,
d.h. durch das In-Situ Konzept wird eine Reagglomeration von Partikeln
vermieden, was im Stand der Technik nur durch intensives und damit
energieaufwendiges Mischen, bzw. durch den Zusatz von Dispergieradditiven
erreicht werden kann.
- – Der
Trübungsgrad
ist unabhängig
von der Schichtdicke, d.h. sowohl Lösungsmittel-reiche als auch
Lösungsmittel-arme Zusammensetzungen
können
auf diese Weise mit einem trüben
Erscheinungsbild versehen werden.
- – Zusätzlich vernetzbare
funktionelle Gruppen bewirken eine Einbindung der Partikel in die
Matrix mit daraus resultierenden verbesserten mechanischen Eigenschaften.
- – Anwendungsspezifische
Einstellung der Trübung über die
Variation der Verfahrensparameter (z. B. Abkühlrate, Start- und Endtemperatur,
Konzentration, Druckänderung).
- – Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die die trübe Wirkung
hervorrufenden Partikel besonders homogen in der Matrix verteilt
und ragen nicht aus ihr heraus. Eine Verschlechterung der mechanischen
Eigenschaften der Zusammensetzung, wie z.B. der Chemikalienbeständigkeit,
des Gleitwerts und/oder der Abriebfestigkeit wird nicht beobachtet.
Im Gegenteil meist ist sogar eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
festzustellen.
- – Das
trübe Erscheinungsbild
ist dauerhafter und wird nicht im Lauf der Zeit abgerieben.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
ist durch ein Verfahren erhältlich,
bei welchem man
- (i) eine transparente, fließfähigen Mischung,
enthaltend
A) mindestens ein erstes Oligomer oder Polymer
B)
mindestens ein zweites von A) verschiedenes Oligomer oder Polymer,
herstellt,
- (ii) die transparente Mischung in einen trüben Zustand überführt,
- (iii) eine Dispersion aus einer diskontinuierlichen Phase in
einer kontinuierlichen Phase bildet,
- (iv) die Dispersion zu einer Matrix mit festen oder fluiden
dispergierten Partikeln verfestigt.
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Diese
Vorgehensweise wird erfindungsgemäß als „In-Situ Keimbildung" oder als „In-situ
Konzept" bezeichnet.
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Eine „fließfähige Mischung" bezeichnet eine
Mischung, die unter den gegebenen Bedingungen eine Viskosität kleiner
10.000 Pas, bevorzugt kleiner 2.000 Pas, insbesondere kleiner 1.000
Pas, hat. Die Viskosität wird
dabei günstigerweise
gemäß DIN 53018
gemessen.
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Die
transparente Mischung aus Schritt (i) weist vorzugsweise eine Transparenz,
gemessen nach ASTM D 1003, von mindestens 80,0 %, bevorzugt von
mindestens 85,0 % und besonders bevorzugt von mindestens 90,0 %
auf. Homogene Mischungen haben sich in diesem Zusammenhang ganz
besonders bewährt.
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Eine „homogene
Mischung" bezeichnet
eine makroskopisch einheitliche Mischung, die einphasig vorliegt.
Dabei werden lediglich die essentiellen Komponenten (Oligomere oder
Polymere) A) und B) berücksichtigt,
ggf. vorliegende weitere Zusatzstoffe müssen dieses Kriterium nicht
erfüllen.
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Die
Herstellung der transparenten Mischung aus Schritt (i) erfolgt vorzugsweise
bei einer Temperatur im Bereich von 0°C bis 300°C, bevorzugt im Bereich von
5°C bis
250°C, besonders
bevorzugt im Bereich von 10°C
bis 200°C.
Weiterhin ist der Druck dabei vorzugsweise im Bereich von 0,0001
mbar bis 50,0 bar, bevorzugt im Bereich von 1 mbar bis 10,0 bar,
besonders bevorzugt im Bereich von 10 mbar bis 5 bar.
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Die
transparente Mischung enthält
zwei voneinander verschiedene Oligomere oder Polymere. Unter dem
Begriff „Oligomer" wird ein Molekül mit zwei
bis 8 gleichen oder ähnlichen,
vorzugsweise gleichen, Wiederholungseinheiten verstanden. Unter
dem Begriff „Polymer" wird ein Makromolekül mit mehr
als 8 gleichen oder ähnlichen,
vorzugsweise gleichen, Wiederholungseinheiten verstanden.
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Das
Oligomer oder Polymer A) ist vorzugsweise verzweigt, wobei weiterhin
Polymere gegenüber
Oligomeren besonders bevorzugt werden. Ganz besonders bevorzugte
Polymere umfassen hyperverzweigte Polymere und hochverzweigte Makromoleküle mit einem
kleineren Verzweigungsgrad als hyperverzweigte Polymere.
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Hochverzweigte,
globularen Polymere werden in der Fachliteratur auch als „dendritische
Polymere" bezeichnet.
Diese aus multifunktionellen Monomeren synthetisierten dendritischen
Polymere lassen sich in zwei unterschiedliche Kategorien einteilen,
die „Dendrimere" sowie die „hyperverzweigten
Polymere". Dendrimere
besitzen einen sehr regelmäßigen, radialsymmetrischen
Generationenaufbau. Sie stellen monodisperse globulare Polymere
dar, die – im
Vergleich zu hyperverzweigten Polymeren – in Vielschrittsynthesen mit
einem hohen Syntheseaufwand hergestellt werden. Dabei ist die Struktur
durch drei unterschiedliche Areale charakterisiert: – dem polyfunktionellen
Kern, der das Symmetriezentrum darstellt, – verschiedenen wohldefinierten radialsymmetrischen
Schichten einer Wiederholungseinheit (Generation) und – den terminalen
Gruppen. Die hyperverzweigten Polymere sind im Gegensatz zu den
Dendrimeren polydispers und hinsichtlich ihrer Verzweigung und Struktur
unregelmäßig. Neben
den dendritischen und terminalen Einheiten treten – im Gegensatz
zu Dendrimeren – in
hyperverzweigten Polymeren auch lineare Einheiten auf. Jeweils ein
Beispiel für
ein Dendrimer und ein hochverzweigtes Polymer, aufgebaut aus Wiederholungseinheiten,
welche jeweils mindestens drei Bindungsmöglichkeiten aufweisen, ist
in den nachfolgenden Strukturen gezeigt:
![Figure 00120001](https://patentimages.storage.googleapis.com/42/21/71/1242f42a53a8b1/00120001.png)
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Bezüglich der
unterschiedlichen Möglichkeiten
zur Synthese von Dendrimeren und hyperverzweigten Polymeren sei
insbesondere auf
- a) Fréchet J. M. J., Tomalia D.A. „Dendrimers
And Other Dendritic Polymers" John
Wiley & Sons,
Ltd., West Sussex, UK 2001 sowie
- b) Jikei M., Kakimoto M. „Hyperbranched
Polymers: A Promising New Class Of Materials" Prog. Polym. Sci., 26 (2001) 1233–1285 und/oder
- c) Gao C., Yan D. „Hyperbranched
Polymers: From Synthesis To Applications" Prog. Polym. Sci., 29 (2004) 183–275 verwiesen,
die hiermit als Referenzen eingeführt werden und als Teil der
Offenbarung der vorliegenden Erfindung gelten.
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Die
in diesen Druckschriften beschriebenen hyperverzweigten und hochverzweigten
Polymere sind auch im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugte
Polymere A). In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die hyperverzweigten
Polymere mindestens 3 Wiederholungseinheiten pro Molekül, vorzugsweise mindestens
10 Wiederholungseinheiten pro Molekül, ferner bevorzugt mindestens
100 Wiederholungseinheiten pro Molekül, zudem bevorzugt mindestens
200 Wiederholungseinheiten und darüber hinaus bevorzugt mindestens
400 Wiederholungseinheiten besitzen, die jeweils mindestens drei,
bevorzugt mindestens vier Bindungsmöglichkeiten aufweisen, wobei
mindestens 3 dieser Wiederholungseinheiten, besonders bevorzugt mindestens
10 und darüber
hinaus bevorzugt mindestens 20 jeweils über mindestens drei, bevorzugt über mindestens
vier Bindungsmöglichkeiten
mit mindestens drei, bevorzugt mindestens vier weiteren Wiederholungseinheiten
verknüpft
sind. Verschiedentlich weisen die hyperverzweigten Polymere maximal
10000, vorzugsweise maximal 5000 und besonders bevorzugt maximal
2500 Wiederholungseinheiten auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das hochverzweigte Polymer mindestens drei Wiederholungseinheiten
auf, welche jeweils mindestens drei mögliche Bindungsmöglichkeiten
aufweisen, wobei mindestens drei dieser Wiederholungseinheiten mindestens
zwei mögliche
Bindungsmöglichkeiten
aufweisen.
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Dabei
wird unter dem Begriff „Wiederholungseinheit" vorzugsweise eine
stets wiederkehrende Struktur innerhalb des hyperverzweigten Moleküls verstanden.
Unter dem Begriff „Bindungsmöglichkeit" wird vorzugsweise
diejenige funktionelle Struktur innerhalb einer Wiederholungseinheit
verstanden, mit der eine Verknüpfung
zu einer anderen Wiederholungseinheit möglich ist. Bezogen auf die
vorstehend dargestellten Beispiele eines Dendrimers bzw. hyperverzweigten
Polymers ist die Wiederholungseinheit eine Struktur mit jeweils
mindestens drei Bindungsmöglichkeiten
(X, Y, Z):
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Die
Verknüpfung
der einzelnen Bindungseinheiten miteinander kann durch Polykondensation,
durch Polyaddition, durch radikalische Polymerisation, durch anionische
Polymerisation, durch kationische Polymerisation, durch Gruppentransferpolymerisation,
durch koordinative Polymerisation oder durch Ringöffnungspolymerisation
erfolgen.
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Im
Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Variante der vorliegenden
Erfindung enthält
das hyperverzweigte Oligomer oder Polymer A) Polyetter-, Polyetheramid-,
Polyetherimid-, Polyethersulfon-, Polyester-, Polyesteramid-, Polyesterimid-,
Polyamid-, Polyamidamin-, Polyimidamin-, Polyurethan-, Polyharnstoff-, Polyharnstoffurethan-,
Polyglycerin-, Polyvinylidenfluorid-, Polysulfonamin-, Polyethylenimin-,
Polyacrylsäure-, Polyacrylat-,
Polysiloxan-, Polyethersiloxan-, Polyimid- und/oder Polymethacrylateinheiten.
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In
diesem Zusammenhang enthält
das Oligomer oder Polymer A) zweckmäßigerweise 2 bis 10.000, bevorzugt
2 bis 5.000 und besonders bevorzugt 2 bis 3.000 dieser Einheiten.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt das Oligomer oder Polymer A)
eine Kern-Schale-Struktur, wobei der Kern und die Schale jeweils
aus unterschiedlichen Wiederholungseinheiten aufgebaut sind. In
diesem Zusammenhang haben sich Polymere mit einem Polyethylenimineinheiten
umfassenden Kern und einer Polyethereinheiten umfassenden Hülle ganz
besonders bewährt.
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Gemäß einer
ersten ganz besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung
enthält
das Polymer A) mindestens ein Polyether-Pfropfcopolymer, das vorzugsweise
Einheiten folgender Monomere enthält:
- a)
0,5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Pfropfcopolymer, eines Polyamins
mit mindestens 11 Stickstoffatomen und einem zahlenmittleren Molekulargewicht
Mn von mindestens 500 g/mol;
- b) eine Kombination von Ethylenoxid und Propylenoxid als polyetherbildende
Monomere, wobei der Anteil an Ethylenoxid zwischen 0 und 100,0 Gew.-%,
bezogen auf die Polyetherstruktur, variieren kann.
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Im
Rahmen einer zweiten ganz besonders bevorzugten Variante der vorliegenden
Erfindung umfasst das Polymer A) mindestens ein Polyamid-Pfropfcopolymer,
das vorzugsweise Einheiten folgender Monomere enthält:
- a) 0,5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Pfropfcopolymer,
eines Polyamins mit mindestens 11 Stickstoffatomen und einem zahlenmittleren
Molekulargewicht Mn von mindestens 500 g/mol;
- b) polyamidbildenden Monomeren, ausgewählt aus Di-, Tri- und/oder Oligoaminen,
Lactamen und ω-Aminocarbonsäuren und/oder
Di-, Tri- und/oder Oligocarbonsäuren
sowie Mischungen der genannten Verbindungen.
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Das
Oligomer oder Polymer A) hat vorzugsweise ein Gewichtsmittel des
Molekulargewichts Mw im Bereich von 300 g/mol bis 100.000 g/mol,
günstigerweise
im Bereich von 300 g/mol bis 50.000 g/mol, besonders bevorzugt im
Bereich von 300 g/mol bis 40.000 g/mol, insbesondere im Bereich
von 300 g/mol bis 20.000 g/mol.
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Die
Ermittlung des Molekulargewichts, insbesondere die Bestimmung des
Gewichtsmittels des Molekulargewichts Mw und des Zahlenmittels des
Molekulargewichts Mn, kann auf an sich bekannte Weise, z. B. mittels
Gelpermationschromatographie (GPC) gemessen werden, wobei die Messung
vorzugsweise in DMF erfolgt und als Referenz bevorzugt Polyethylenglykole
eingesetzt werden (vgl. u.a. Burgath et. al in Macromol. Chem. Phys.,
201 (2000) 782–791).
Hierbei wird zweckmäßigerweise
eine Kalibrierkurve eingesetzt, die günstigerweise unter Verwendung
von Polypropylenoxid-Standards erhalten wurde. Weiterhin wird die
Messung bevorzugt bei 45°C
durchgeführt.
Diese Größen stellen
daher apparente Meßwerte
dar.
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Alternativ
kann das Zahlenmittel des Molekulargewichts auch durch Dampf- oder
Membranosmose bestimmt werden, die z. B. in K. F. Arndt; G. Müller; Polymercharakterisierung;
Hanser Verlag 1996 (Dampdruckosmose) und H.-G. Elias, Makromoleküle Struktur
Synthese Eigenschaften, Hütig & Wepf Verlag 1990 (Membranosmose)
näher beschrieben
werden. Die GPC hat sich erfindungsgemäß jedoch ganz besonders bewährt.
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Die
Polydispersität
Mw/Mn bevorzugter Oligomere oder Polymere A) liegt vorzugsweise
im Bereich von 1–50,
günstigerweise
im Bereich von 1–40,
besonders bevorzugt im Bereich von 1–20, insbesondere im Bereich
von 1–10.
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Die
Viskosität
der Oligomere oder Polymere A) ist vorzugsweise kleiner 1.000 Pas,
bevorzugt kleiner 800 Pas, besonders bevorzugt kleiner 700 Pas,
noch mehr bevorzugt kleiner 500 Pas, insbesondere kleiner 300 Pas,
und liegt günstigerweise
im Bereich von 50 mPas bis 700 Pas, besonders bevorzugt im Bereich
von 70 mPas bis 300 Pas, insbesondere im Bereich von 100 mPas bis
300 Pas. Sie wird vorzugsweise gemäß DIN 53018 gemessen.
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Der
Verzweigungsgrad des Oligomers oder Polymers A) liegt zweckmäßigerweise
im Bereich von > 0,0%
bis 75,0 %, bevorzugt im Bereich von > 0,0 % bis 70,0 %, insbesondere im Bereich
von > 0,0 % bis 65,0 %.
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Verzweigungsgrad des Oligomers oder Polymers A) größer 10,0
%, bevorzugt größer 20,0
%, insbesondere größer 25,0
%.
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Der
Verzweigungsgrad kann gemäß Frey bestimmt
werden. Eine genaue Beschreibung dieser Methoden ist in D.Hölter, A.Burgath,
H.Frey, Acta Polymer, 1997, 48, 30 und H. Magnusson, E. Malmström, A. Hult, M.
Joansson, Polymer 2002, 43, 301 zu finden.
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Weiterhin
weist das Oligomer oder Polymer A) vorzugsweise eine mittels DSC
bestimmte Glasübergangstemperatur
oder Schmelztemperatur kleiner 250°C, bevorzugt kleiner 150°C, insbesondere
kleiner 100°C,
auf.
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Zur
Bestimmung der Schmelz- und der Glasübergangstemperatur hat sich
die Verwendung einer Mettler DSC 27 HP mit einer Heizrate von 10°C/min als
besonders günstig
erwiesen.
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Unter
den erfindungsgemäß einsetzbaren
Oligomeren oder Polymeren A) sind die bereits kommerziell unter
der Marke Boltorn® bei der Firma Perstorp
AB erhältlichen
hyperverzweigten Polyester, die als Polymin®, Lupasol® und/oder
PEI® bei
der Firma BASF AG erhältlichen
hyperverzweigten Polyethylenimine sowie die unter der Marke Hybrane® bei
der Firma DSM BV, Niederlande erhältlichen hyperverzweigten Polyesteramide
besonders geeignet. Ein anderes Beispiel für ein besonders geeignetes
hyperverzweigtes Polymer A) sind hyperverzweigte Polyglycerine der
Firma Hyperpolymers mit 800 g/mol < Mw < 40.000 g/mol und
Polyethylenimine mit der Typenbezeichnung PEI-5 und PEI-25 sowie
Polyglycerole z.B. mit der Typbezeichnung PG-2, PG-5 und PG-6 der
Firma Hyperpolymers GmbH.
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Ein
weiteres Beispiel für
ein besonders geeignetes hyperverzweigtes Polymer A) sind Polyimine
der Marke Epomin® der Firma Nippon Shokubai
Co., Ltd..
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Im
Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Variante der vorliegenden
Erfindung enthält
die transparente Mischung als Polymer A) mindestens einen hyperverzweigten
Polyester, der vorzugsweise Einheiten folgender Monomere enthält:
- a) bevorzugte Hydroxylkomponenten: Ethylenglykol,
Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Glycerin,
Propylenglykol, Dipropylenglykol, Polypropylenglykol, Bisphenol
A, Ditrimethylolpropan, Ditrimethylolethan, Dipentaerythrit, Pentaerythrit,
alkoxyliertes Pentaerythrit, Trimethylolethan, alkoxyliertes Trimethylolpropan,
Neopentylalkohol, Dimethylolpropan, Sorbitol, Pentaerythriol, Butylenglykol,
1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol,
1,2-Pentandiol, 1,5-Pentandiol, 1,2-Hexandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2,4-Butantriol, 1,2,5-Pentantriol,
1,2,6-Hexantriol, 1,2-Octandiol
und/oder 1,3-Dioxan-5,5-dimethanol;
- b) bevorzugte Anhydrid- oder Säurekomponenten: aromatische
Anhydride, bevorzugt 3,3',4,4'-Benzophenontetracarboxyldianhydride,
Pyromellithsäureanhydrid
und/oder aromatische Trimesinsäure
sowie
Mischungen der genannten Einheiten.
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Gemäß einer
zweiten besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung
enthält
die transparente Mischung als Polymer A) mindestens ein Polyisocyanat,
welches vorzugsweise durch Umsetzung eines Di- oder Polyisocyanats
mit einem Triol der Formel (1) erhältlich ist.
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Dabei
sind die Reste R und R'', jeweils unabhängig voneinander,
Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
vorzugsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, 2-Butyl,
tert. Butyl. Im Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind R und R'' Wasserstoff.
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n
steht für
eine ganze Zahl größer 2, besonders
bevorzugt im Bereich von 3 bis 10. Gemäß einer besonders bevorzugten
Variante der Erfindung ist n 3.
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Weiterhin
weist das hyperverzweigte Polyurethan im Zahlenmittel vorzugsweise
mindestens 4, bevorzugt mindestens 50, besonders bevorzugt mindestens
200, ganz besonders bevorzugt mindestens 400, Wiederholungseinheiten
der Formel (2) pro Molekül
auf.
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Die
Obergrenze an Wiederholungseinheiten der Formel (2) liegt günstigerweise
bei 10.000, bevorzugt bei 5.000 und insbesondere bei 2.500 Wiederholungseinheiten,
jeweils auf das Zahlenmittel bezogen.
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Bevorzugte
Di- oder Polyisocyanate umfassen aliphatische und cycloaliphatische
Di- oder Polyisocyanate, insbesondere Isophorondiisocyanat, Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat, 2,2,4-Trimethyl-1,6-hexamethylendiisocyanat,
2,4,4-Trimethyl-1,6-hexamethylendiisocyanat,
Mischungen aus 2,2,4-Trimethyl-1,6-hexamethylendiisocyanat und 2,4,4- Trimethyl-1,6-hexamethylendiisocyanat
sowie Mischungen aller genannten Isocyanate.
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Weiterhin
werden vorzugsweise Oligo- oder Polyisocyanate verwendet, die sich
aus den genannte Di- oder Polyisocyanaten oder deren Mischungen
durch Verknüpfung
mittels Urethan-, Allophanat-, Harnstoff-, Biuret-, Uretdion-, Amid-,
Isocyanurat-, Carbodiimid-, Uretonimin-, Oxadiazintrion- oder Iminooxadiazindion-Strukturen
herstellen lassen.
-
Bevorzugte
Triole der Formel (1) umfassen insbesondere 1,2,5-Pentandiol, 1,2,6-Hexantriol, 1,2,7-Heptantriol,
1,2,8-Oktantriol, 1,2,9-Nonantriol und 1,2,10-Decantriol, wobei
1,2,6-Hexantriol ganz besonders bevorzugt wird.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das Polyurethan erhältlich
durch Umsetzung eines Di- oder Polyisocyanats mit einem Triol der
Formel (1) und mindestens einem Diol. In diesem Zusammenhang besonders
günstige
Diole umfassen Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol,
Polyethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol,
Polypropylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,2-Butandiol und/oder 1,3-Butandiol.
-
Die
Mischung aus Triol der Formel (1) und Diol enthält, jeweils bezogen auf ihr
Gesamtgewicht, vorzugsweise 50,0 Gew.-% bis < 100,0 Gew.-% Triol der Formel (1)
und > 0,0 Gew.-% bis
50,0 Gew.-% Diol, besonders bevorzugt 50,0 Gew.-% bis 75,0 Gew.-% Triol der Formel (1)
und 25,0 Gew.-% bis 50,0 Gew.-% Diol.
-
Gemäß einer
dritten besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung
enthält
die transparente Mischung als Polymer A) mindestens einen Polyester,
der durch Umsetzung eines Anhydrids einer Tetracarbonsäure der
Formel (2)
mit einem
Triol der Formel (1)
ggf. mit
mindestens einem weiteren Di- oder Polyol erhältlich ist.
-
Dabei
ist X, jeweils unabhängig
voneinander, eine Bindung, Sauerstoff, Schwefel, eine Alkylengruppe, insbesondere
Methylen oder 2,2-Propylen, oder eine Carbonylgruppe. Die besten
Ergebnisse werden jedoch mit einer Carbonylgruppe erzielt.
-
m
steht für
eine ganze Zahl größer gleich
0, bevorzugt für
0 oder 1.
-
Die
Reste R und R'' sind, jeweils unabhängig voneinander,
Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
vorzugsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, 2-Butyl,
tert. Butyl. Im Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind R und R'' Wasserstoff.
-
n
steht für
eine ganze Zahl größer 2, besonders
bevorzugt im Bereich von 3 bis 10. Gemäß einer besonders bevorzugten
Variante der Erfindung ist n 3.
-
Das
Anhydrid der Tetracarbonsäure
der Formel (2) kann als solches oder aber in Form von Derivaten eingesetzt
werden.
-
Unter
Derivaten werden bevorzugt verstanden:
- • die zugehörigen Carbonsäuren,
- • Mono-,
Di-, Tri- oder Tetraalkylester, bevorzugt Mono-, Di-, Tri- oder
Tetra-C1-C4-alkylester,
besonders bevorzugt Mono-, Di-, Tri- oder Tetramethylester oder
die entsprechenden Mono-, Di-, Tri- oder Tetraethylester,
- • Mono,
Di-, Tri- oder Tetravinylester sowie gemischte Ester, bevorzugt
gemischte Ester mit unterschiedlichen C1-C4-Alkylkomponenten, insbesondere gemischte
Methylethylester.
-
Besonders
bevorzugte Verbindungen der Formel (2) umfassen 3,3',4,4'Benzophenontetracarbonsäureanhydrid
und 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäureanhydrid
(Pyromellith-säureanhydrid).
-
Bevorzugte
Triole der Formel (1) umfassen insbesondere 1,2,5-Pentandiol, 1,2,6-Hexantriol, 1,2,7-Heptantriol,
1,2,8-Oktantriol, 1,2,9-Nonantriol und 1,2,10-Decantriol, wobei
1,2,6-Hexantriol ganz besonders bevorzugt wird.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Polyester erhältlich durch Umsetzung eines
Anhydrids einer Tetracarbonsäure
der Formel (2) mit einem Triol der Formel (1) und mindestens einem
Diol. In diesem Zusammenhang besonders günstige Diole umfassen Ethylenglykol, Diethylenglykol,
Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol,
Tripropylenglykol, Polypropylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,2-Butandiol und/oder
1,3-Butandiol.
-
Die
Mischung aus Triol der Formel (1) und Diol enthält, jeweils bezogen auf ihr
Gesamtgewicht, vorzugsweise 50,0 Gew.-% bis < 100,0 Gew.-% Triol der Formel (1)
und > 0,0 Gew.-% bis
50,0 Gew.-% Diol, besonders bevorzugt 50,0 Gew.-% bis 75,0 Gew.-% Triol der Formel (1)
und 25,0 Gew.-% bis 50,0 Gew.-% Diol.
-
Im
Rahmen einer weiteren ganz besonders bevorzugten Variante der vorliegenden
Erfindung enthält die
transparente Mischung als Polymer A) mindestens einen linearen Polyether,
der vorzugsweise Ethylenoxid-, Propylenoxid- und/oder Butylenoxideinheiten
enthält.
Der lineare Polyether weist günstigerweise
mindestens eine Butylether- oder Allyletherendgruppe auf.
-
Das
Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Polyethers ist vorzugsweise
kleiner 10.000 g/mol und besonders bevorzugt zwischen 300 g/mol
und 8.000 g/mol, jeweils gemessen durch GPC.
-
Weitere
besonders geeignete lineare Polyether werden in der
DE 102004053167.6 beschrieben.
-
Zusätzliche
Details zu den vorstehend genannten Polymeren werden in den folgenden
Druckschriften beschrieben, deren Offenbarung in die vorliegende
Anmeldung durch Bezugnahme mit aufgenommen wird:
- – Hyperverzweigte
Polysulfonamine
• Macromolecular
Chemistry and Physics, Volume 206, Number 21 (November 2005) 2182-2189 „Micheal Addition
Polymerizations Of Trifunctional Amines With Divinyl Sulfone"
• Macromolecular
Chemistry and Physics, Volume 202, Number 12 (August 2001) 2623–2629 „Hyperbranched
Polymers Made From A2- And BB'2-Type
Monomers, 3. Polyaddition Of N-Methyl-1,3-propanediamine To Divinyl
Sulfone"
- – Hyperverzweigte
Polyurethane
• WO2004101624
(BASF AG) „Method
For Producing Dendritic Or Hyperbranched Polyurethanes"
• EP1026185 (BASF AG) „Dendrimers
And Highly Branched Polyurethanes"
• CN02111579.6, Gao et al.
- – Hyperverzweigte
Polyester
• WO9612754
(Perstorp AB) „Hyperbranched
Macromolecule OF Polyester Type"
• WO9318079
(DSM NV) „Hyperbranched
Polyester And A Process For Its Preparation" • Progress
in Polymer Science, Volume 30, Number 5 (may 2005) 507–539
• WO2005118677
(BASF AG) „Highly
Functional, Highly Branched Or Hyperbranched Polyesters, The Production
Thereof And The Use Of The Same"
• US6300424 (Cornell Res Foundation
Inc) „Hyperbranched
Polyesters and Polyamides"
• DE 102 004 026 904 (BASF
AG) „Hochfunktionelle,
hoch- und hyperverzweigte Polyester sowie deren Herstellung und
Verwendung"
- – Hyperverzweigte
Polyether
• WO0056802
(Perstorp AB) „Hyperbranched
Dendritic Polyether And Process For Manufacture Thereof"
- – Hyperverzweigte
Polyesteramide
• J.
Polym. Sci. A 2004, 42, 3110–3115 „Development
OF DSM's Hybrane
Hyperbranched Polyesteramides"
- – Hyperverzweigte
Polyetherimide
• US6333390 (Trustees Of The
University Of Illinois) „Branched
And Hyperbranched Polyetherimides"
- – Hyperverzweigte
Polyaminester und Polyamidamine
• Progress in Polymer Science
2004, 29, 183–275 „Hyperbranched
Polymers: From Synthesis to Application"
- – Polyamid-Pfropfcopolymere
• DE10005639 (Degussa AG) „Polyamid-Pfropfcopolymere"
• DE10005640 (Degussa AG) „Hochverzweigte
Polyamid-Pfropfcopolymere"
• EP1217041 (Degussa AG) „Polyamide-Polyamine
Compositions With Improved Blow-Moldability"
• EP1217039 (Degussa
AG) „Easily
Flowable Polyester Molding Composition Containing Polyamide-Polyamine
Graft-Copolymers"
• EP1216826 (Degussa AG) „Polyamide-Based
Laminates With An EVOH Layer"
• EP1216825 (Degussa AG) „Manufacture
Of Polyamide Laminate For Solvent- And Fuel-Resistant Molded Parts"
• EP1216823 (Degussa AG) „Manufacture
Of Polyamide-Polyolefin
Laminate For Fuel-Resistant Molded Parts"
• EP1120443 (Degussa
AG) „Transparent
Polyamide Molding Compositions With Improved Melt Flow"
• EP1065236 (Degussa AG) „Highly
Branched Polyamide Graft Copolymers"
• EP1065232 (Degussa
AG) „Polyamide-Polyethyleneimine
Graft Copolymers And Their Manufacture"
- – Andere:
• Journal
of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, Volume 43, Number
14 (July 2005), 3178–3187 „Development
OF An Efficient Route To Hyperbranched Polyarylene Ether Sulfones"
• US 2002 161 113 (Michigan
Molecular Institute) „Hyperbranched
Polyureas, Polyurethanes, Polyamidoamines, Polyamides and Polyesters".
-
Das
zweite Oligomer oder Polymer B) ist vorzugsweise linear und günstigerweise
ein Polymer. Besonders zweckmäßige Polymere
B) umfassen Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyethylen,
Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyoxymethylen,
Polyetheretherketon, Nitrocellulose, chlorierten Naturkautschuk,
Polyisocyanate, Polyharnstoffe, Polyurethane, aliphatische, aromatische
und/oder cycloaliphatische, gesättigte
und/oder ungesättigte
Polyester und/oder funktionalisierte Polyester, Polyvinylcopolymere,
Polyvinylacetat, Polyacryl- oder
Polymethacrylsäureester,
vernetzungsfähige
Acrylharzsysteme, Isoborylacylatsysteme, Epoxidharze, Keton-Aldehyd-Harze,
Polyester aus Terephthal- und Isophthalsäure, Polyurethane, Polyaddukte
aus Bisphenol-A und Epichlorhydrin, Isoforondiamine, Polyester und/oder
Polyole.
-
Der
Gewichtsanteil des Oligomers oder Polymers A), bezogen auf die Gesamtmenge
der Komponenten A) und B), beträgt
vorzugsweise 10–5 Gew.-% bis 50,0 Gew.-%,
bevorzugt 10–4 Gew.-%
bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 10–3 Gew.-%
bis 30,0 Gew.-%.
-
Der
Gewichtsanteil des Oligomers oder Polymers B), bezogen auf die Gesamtmenge
der Komponenten A) und B), beträgt
vorzugsweise 40,0 Gew.-% bis 99,99999 Gew.-%, bevorzugt 50,0 Gew.-%
bis 99,9999 Gew.-%, besonders bevorzugt 60,0 Gew.-% bis 99,999 Gew.-%.
-
Bei
dem In-Situ Keimbildungsverfahren wird die transparente Mischung
der Komponenten A) und B) in einen trüben Zustand überführt, d.
h. die Mischung weist eine geringere Transparenz als vorher auf.
-
Die
Transparenz der trüben
Mischung aus Schritt (ii) ist vorzugsweise mindestens 1 %, bevorzugt
mindestens 5 %, besonders bevorzugt mindestens 10 % und ganz besonders
bevorzugt mindestens 15 % kleiner als die der transparenten Mischung
aus Schritt (i). Dabei beziehen sich Angaben auf die Abnahme der
Transparenz relativ zur Transparenz der Ausgangsmischung, die somit
immer 100 % ist.
-
Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung hat es sich weiterhin ganz besonders
bewährt,
wenn die Transparenz der Mischung aus Schritt (ii), gemessen nach
ASTM D 1003, kleiner 90,0 %, bevorzugt kleiner 85,0 %, insbesondere
kleiner 80,0 % ist.
-
Besonders
bevorzugt handelt es sich bei dem trüben Zustand um einen metastabilen
Zustand. Ein „metastabiler
Zustand" bezeichnet
einen Zustand, in dem das System in Bezug auf unmittelbar benachbarte Zustände stabil,
in Bezug auf endlich entfernte Zustände aber instabil ist. Im konkreten Fall
der Entmischung zweier Phasen beschreibt „metastabil" den Zustand eines
Systems zwischen der Binodalen und der Spinodalen. Weitere Details
können
der Druckschrift „Molecular
Thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria" von J. M. Prausnitz, R. N. Lichtenthaler
u. E. G. de Azevedo, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, New
Jersey 1999 entnommen werden.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Überführung in den trüben Zustand
günstigerweise durch
Temperaturänderung,
Druckänderung
und/oder zumindest teilweise Entfernung eines Bestandteils der transparenten
Zusammensetzung erreicht. Temperaturänderungen werden dabei besonders
bevorzugt.
-
Gemäß einer
ersten besonders bevorzugten Variante wird die transparente Mischung
ausgehend von einer Temperatur, die vorzugsweise oberhalb der oberen
kritischen Lösungstemperatur
der Mischung ist, unter die obere kritische Lösungstemperatur der Mischung
und vorzugsweise unter ihre Binodale, jedoch bevorzugt auf eine
Temperatur oberhalb ihrer Spinodalen, abgekühlt. Die obere kritische Lösungstemperatur
der Mischung ist dabei vorzugsweise kleiner 300°C, bevorzugt kleiner 250°C und besonders
bevorzugt kleiner 200°C.
-
Gemäß einer
zweiten besonders bevorzugten Variante wird die transparente Mischung
ausgehend von einer Temperatur, die vorzugsweise unterhalb der unteren
kritischen Lösungstemperatur
der Mischung ist, über
die untere kritische Lösungstemperatur
der Mischung und vorzugsweise über
ihre Binodale, jedoch bevorzugt auf eine Temperatur unterhalb ihrer
Spinodalen, erwärmt.
Die untere kritische Lösungstemperatur
der Mischung ist dabei vorzugsweise größer –20°C, bevorzugt größer 0°C und besonders
bevorzugt größer 10°C.
-
Die
Temperaturänderung
wird zweckmäßigerweise
mit einer Geschwindigkeit kleiner 10,0 K/min, bevorzugt kleiner
5,0 K/min, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 3,0 K/min durchgeführt.
-
Bei
dem In-Situ Keimbildungsverfahren wird nun ausgehend von der trüben Mischung
die Bildung einer Dispersion von einer diskontinuierlichen Phase
in einer kontinuierlichen Phase initiiert. Häufig sind hierfür keine
zusätzlichen
Schritte erforderlich, meist reichen schon die in der Mischung vorliegenden
Fremdkörper aus.
Dennoch kann es günstig
sein, die Bildung der Dispersion durch geeignete Maßnahmen,
insbesondere durch Rühren
und/oder Zugabe von Keimen oder Kernen, weiter zu fördern.
-
Üblicherweise
liegt die Dispersion in Form von feinen Tropfen (diskontinuierliche
Phase) in einer Matrix (kontinuierlichen Phase) vor. Die Gestalt
der diskontinuierlichen Phase kann jedoch, beispielsweise aufgrund der
Einwirkung von äußeren Kräften, wie
z. B. Scherkräften,
verzerrt sein.
-
Weiterhin
umfasst die diskontinuierliche Phase vorzugsweise einen höheren Anteil
des ersten Oligomers oder Polymers A) und die kontinuierliche Phase
einen geringeren Anteil des ersten Oligomers oder Polymers A), jeweils
verglichen mit dem Anteil des ersten Oligomers oder Polymers A)
in der transparenten Mischung.
-
Eine
für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung ganz besonders geeignetes Verfahren
zur Überführung der
transparenten Mischung in den trüben
Zustand und zur Bildung der Dispersion wird nun genauer beschrieben.
Hierbei wird zwischen Systemen mit oberer kritischer Lösungstemperatur
(UCST) und Systemen mit unterer kritischer Lösungstemperatur (LCST) unterschieden.
-
Befindet
man sich in der flüssig-flüssig Mischungslücke einer
Polymerschmelze oder Polymerlösung, so
ist das System trüb.
Bei Mischungslücken
mit UCST verschwindet die Trübung
des Polymersystems bei ausreichender Temperaturerhöhung, während bei
Systemen mit LCST die Trübung
durch Temperaturerniedrigung verschwindet.
-
Prinzipiell
sind erfindungsgemäß solche
Mischungen ganz besonders geeignet, die
- a)
eine LCST > 0°C oder
- b) eine UCST < 250 °C oder
- c) eine geschlossene Mischungslücke, wie in Chem. Eng. Technol.,
25 (2002) 237–253
beschrieben,
aufweisen.
-
In
dem transparent-flüssigen
System (umfassend eine oligomere oder polymere Matrix B) und ein
für die
Trübung
zugegebenes Oligomer oder Polymer A)) wird nun durch kontrollierte,
langsame Temperatur-, Konzentrations- und/oder Druckänderung, insbesondere durch
Temperaturänderung,
die Löslichkeit
des zugegebenen Oligomers oder Polymers A) im Gesamtsystem kontinuierlich
reduziert, bis beim Überschreiten
der Binodalen oder Trübungskurve
(der so genannten oberen oder unteren Lösungstemperatur UST oder LST,
wie in Macromolecules, 36 (2003) 2085–2092 beschrieben) sich erste
Keime einer zweiten – das
Oligomer oder Polymer A) umfassenden – flüssigen Phase bilden. Die vorzunehmende
Temperaturänderung
repräsentiert
bei Systemen mit LCST eine Temperaturerhöhung mit einer Heizrate von < 10 K pro Minute
und bei Systemen mit UCST eine Temperaturerniedrigung mit einer
Kühlrate
von < 10 K pro
Minute.
-
Da
die ersten nanoskaligen Keime in situ entstehen, sind bei Systemtemperaturen,
die geringfügig
unter der oberen Lösungstemperatur
oder geringfügig über der
unteren Lösungstemperatur
liegen, diese Keime äußerst "klein" (wenige nm) und äußerst gleichmäßig im System
verteilt. Mit fortschreitendem Eindringen in die LCST- oder UCST-Mischungslücke mittels
Temperaturänderung
nimmt die Anzahl an gebildeten dendritischen Keimen und auch ihre
Größe zu. Die
diskontinuierliche Phase kann praktisch in Bezug auf Tropfengröße und Tropfenanzahl/Tropfendichte
maßgeschneidert
werden.
-
Zum
Lösen des
als Mattierungsmittel zugesetzten Oligomers oder Polymers A) in
der Matrix B) wird die Mischung in einem Rührbehälter ausgehend von Raumtemperatur
unter Rühren
so lange erhitzt, bis die Mischung transparent und vorzugsweise
homogen ist.
-
Der
geeignete Temperaturbereich für
die Bildung der angestrebten Keime liegt für LCST-Systeme bevorzugt bei
TLCST < T < (TLCST +
100 K), besonders bevorzugt bei (TLCST +
1 K) < T < (TLCST +
80 K), insbesondere bei (TLCST + 2 K) < T < (TLCST +
50 K) und für
UCST-Systeme bevorzugt bei TUCST > T > (TUCST – 100 K),
besonders bevorzugt bei (TUCST – 1 K) > T > (TUCST – 80 K),
insbesondere bei (TUCST – 2 K) > T > (TUCST – 50
K).
-
Am
Ende des In-Situ Keimbildungsverfahrens wird der für die Permeationseigenschaften
und mechanischen Eigenschaften des Produkts besonders geeignete
Zustand einer vergleichsweise gleichmäßig verteilten, dispersen Phase,
vorzugsweise durch Polymerisation, inter- und/oder intramolekularer
Vernetzung, Tempern, UV-Härtung,
Druckabsenkung und/oder Verdampfung flüchtiger Systemkomponenten,
verfestigt. Dadurch wird der zweiphasige Zustand der Dispersion
fixiert und man erhält
Partikel, die in der festen Matrix verteilt sind und vorzugsweise
fest oder flüssig
sind.
-
„Fest" bedeutet in diesem
Zusammenhang, dass die Zusammensetzung bei 25°C, besonders bevorzugt bei jeder
Temperatur im Bereich von –20°C bis 200°C, nicht
mehr flüssig,
d. h. fließfähig ist
und vorzugsweise eine Viskosität
größer 10.000
Pas, bevorzugt größer 100.000
Pas, insbesondere größer 1.000.000
Pas hat. Die Viskosität
wird dabei günstigerweise
mit einer Scherrate von 30 Hz zwischen zwei 20 mm Platten gemessen.
-
Erfindungsgemäß wird das
Keimbildungsverfahren derart durch geführt, dass
- a)
die Größe der diskret
vorliegenden Partikel kleiner 500 μm ist,
- b) der zahlenmäßige Anteil
der diskret vorliegenden Partikel mit einer Teilchengröße kleiner
40 nm, bevorzugt kleiner 30 nm, besonders bevorzugt kleiner 20 nm,
bezogen auf die Gesamtanzahl der diskret vorliegenden Partikel,
größer 2,0
%, bevorzugt größer 3,0
%, besonders bevorzugt größer 5,0
%, ist,
- c) der zahlenmäßige Anteil
der diskret vorliegenden Partikel mit einer Teilchengröße größer 50 nm,
bevorzugt größer 75 nm,
besonders bevorzugt größer 100
nm, bezogen auf die Gesamtanzahl der diskret vorliegenden Partikel,
größer 2,0
%, bevorzugt größer 3,0
%, besonders bevorzugt größer 5,0
%, ist.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung werden nur diskret vorliegende
Partikel, d. h. nur solche Partikel berücksichtigt, die von anderen
Partikeln räumlich
getrennt vorliegen und keine gemeinsamen Grenzflächen aufweisen. Weiterhin werden
bevorzugt nur Partikel mit einer Größe von mindestens 1 nm und
besonders bevorzugt von mindestens 2 nm berücksichtigt.
-
Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung hat es sich als ganz besonders günstig erwiesen,
dass die Zusammensetzung, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 10–5 Vol.-%
bis 50,0 Vol.-% Partikel mit einer Teilchengröße im Bereich von 1 nm bis
500 μm enthält.
-
Die
Ermittlung der Anteile kann auf sich bekannte Weise, beispielsweise
durch Auswertung von TEM-Aufnahmen, erhalten werden, die ggf. zur
Kontrastierung angefärbt
sind.
-
Die
erfindungsgemäße, durch
das In-Situ-Verfahren erhältliche
Zusammensetzung weist vorzugsweise eine Trübung auf. Dabei ist ihre Transparenz
bevorzugt mindestens 5,0 %, besonders bevorzugt mindestens 10,0
%, niedriger als die der entsprechenden Zusammensetzung gemäß Schritt
(i) des In-situ-Verfahrens, aus der die Zusammensetzung erhältlich ist
und die vorzugsweise die gleichen Anteile der Komponenten A) und
B) wie die betrachtete Zusammensetzung aufweist.
-
Die
Einstellung der vorstehenden Parameter kann durch an sich bekannte
Wahl der Verfahrensparameter, insbesondere der Temperaturänderungsgeschwindigkeit,
erfolgen.
-
Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann ggf. weitere Zusatzstoffe enthalten. Hierzu gehören insbesondere
Füllstoffe,
Mattierungsmittel, Pigmente, Initiatoren sowie Polymere, die nicht
in der Lage sind, mit dem Oligomer oder Polymer A) eine transparente
Mischung zu bilden, oder die in Mischung mit dem Oligomer oder Polymer
A) nicht in einen trüben
Zustand überführt werden
können.
Ganz besonders vorteilhafte Ergebnisse können unter Verwendung der folgenden
Substanzen erzielt werden:
- – Modifizierte Acrylate, insbesondere
Acrylatgruppen enthaltende Organopolysiloxane, Epoxyacrylate, Urethanacrylate
oder Polyetheracrylate,
- – Anorganische
Pigmente, insbesondere solche aus Titanoxid, Eisenoxid, Chromoxid,
Chromat, oder organische Pigmente, insbesondere Ruß, Anthrachinon-,
Azo-, Flavanthron-, Phthalocyanin-Pigmente,
- – Photoinitiatoren,
- – Silikonöle oder
organisch modifizierte Siloxane und/oder
- – Siliconzusatzmittel.
-
Sie
können
in üblicher
Weise mit Härtungsinitiatoren,
Füllstoffen,
Pigmenten, anderen bekannten Acrylatsystemen und weiteren üblichen
Zusatzstoffen gemischt werden. Die Verbindungen können dreidimensional
durch freie Radikale vernetzt werden und härten thermisch unter Zusatz
von z.B.
-
Peroxiden
oder unter Einfluss energiereicher Strahlung, wie UV- oder Elektronenstrahlung,
innerhalb kürzester
Zeit zu mechanisch und chemisch widerstandsfähigen Schichten aus, die bei
geeigneter Zusammensetzung der Verbindungen vorbestimmbare adhäsive Eigenschaften
aufweisen. Wird als Strahlungsquelle UV-Licht verwendet, erfolgt
die Vernetzung vorzugsweise in Anwesenheit von Photoinitiatoren
und/oder Photosensibilisatoren, wie z.B. Benzophenon und dessen
Derivate, oder Benzoin und entsprechende substituierte Benzoinderivate.
-
Photoinitiatoren
und/oder Photosensibilisatoren werden in den Zusammensetzungen vorzugsweise
in Mengen von 0,01 bis 10 Massen-%, insbesondere von 0,1 bis 5 Massen-%,
jeweils bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, verwendet.
-
Gegenstand
der Erfindung sind auch Formkörper,
die eine erfindungsgemäße Zusammensetzung
aufweisen. Gemäß einer
ersten besonders bevorzugten Variante der Erfindung wird der Formkörper dadurch
erhalten, dass man eine Mischung gemäß Schritt (i) des In-Situ Keimbildungsverfahrens
durch Rakeln, Tauchverfahren, Sprühbeschichtung, Extrusions-,
Walz-, Spritzguss- oder Gießverfahren
auf einen Formkörper
aufbringt und gemäß den Schritten
(ii) bis (iv) des In-Situ Keimbildungsverfahrens in eine erfindungsgemäße Zusammensetzung überführt.
-
Gemäß einer
zweiten besonders bevorzugten Variante der Erfindung wird der Formkörper dadurch
erhalten, dass man eine Mischung gemäß Schritt (iii) des In-Situ
Keimbildungsverfahrens durch Rakeln, Tauchverfahren, Sprühbeschichtung,
Extrusions-, Walz-, Spritzguss- oder Gießverfahren auf einen Formkörper aufbringt
und gemäß Schritt
(iv) des In-Situ Keimbildungsverfahrens in eine erfindungsgemäße Zusammensetzung überführt.
-
Gemäß einer
dritten besonders bevorzugten Variante der Erfindung wird der Formkörper dadurch
erhalten, dass man eine Mischung gemäß Schritt (i) des In-Situ Keimbildungsverfahrens
gemäß den Schritten (ii)
bis (iv) des In-Situ Keimbildungsverfahrens in eine erfindungsgemäße Zusammensetzung überführt und gleichzeitig
zu einem Formkörper
formt.
-
Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
eignet sich besonders für
Beschichtungen mit einer verbesserten Sperrwirkung gegen Gas- und
Flüssigkeitspermeation,
verbesserten mechanischen Eigenschaften, einer verbesserten Kratzfestigkeit,
Abriebbeständigkeit,
Chemikalienbeständigkeit
oder verbesserten easy-to-clean Eigenschaften. Sie wird daher bevorzugt
in Formkörpern,
Beschichtungen, Folien, Farben, Lacken, Verpackungen, Behältern und/oder
Gehäusen
verwendet.
-
Die
nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter veranschaulichen
ohne den Erfindungsgedanken auf diese konkreten Ausführungsformen
einzuschränken. UV-härtendes
Lacksystem Referenz
1
18,2
g | Vesticoat
EP 110 (Degussa AG) |
20,3
g | Ebecryl
IBOA (UCB Chemicals, CAS 5888-33-5) |
2,5
g | EBC
170 (UCB Chemicals) |
2,5
g | Irgacure
184 (Ciba-Geigy Corp., CAS 947-19-3) |
-
Beispiel 1
-
Erfindungsgemäß eingesetztes
Polymer:
-
LA-D
1045 (TEGO Chemie Service GnbH, modifiziertes Polyesterderivat)
18,2
g | Vesticoat
EP 110 |
20,3
g | Ebecryl
IBOA |
2,5
g | EBC
170 |
2,5
g | Irgacure
184 |
0,65
g | LA-D
1045 |
-
Die
Lacke werden gemäß den angeführten Rezepturen
bei 60°C
formuliert. Als letzter Bestandteil wird die Verbindung Irgacure
184 zugegeben. Die Einarbeitung geschieht mittels Rühren bei
erhöhter
Drehzahl. Der Lack wird anschließend mit einer Kühlrate von
0,5 K/min unter Einhaltung der erfindungsgemäßen Temperaturbereiche auf
25°C abgekühlt und
48 Stunden bei dieser Temperatur gelagert. Der so hergestellte Lack
wird mit einem Spiralrakel (40 μm,
Fa. Erichsen) auf Metallbleche oder Glasplatten gerakelt und mittels
UV-Licht gehärtet
(UHV, 120 mW/cm
–2, Bahngeschwindigkeit
20 m/min, zweimaliger Durchlauf). Temperatur-härtendes
Lacksystem Referenz
2
10
g | Vestanat
HAT 2500LV (CAS 28182-81-2) |
34,1
g | Macrylnal
SM 510n/60LG (Firma Cytec Surface Specialities) |
0,25
g | Byk
331 (BYK Chemie GmbH) |
0,1
g | Tego
Flow 300 (Degussa AG, TEGO Chemie Service GmbH) |
0,02
g | DBTL
(CAS 77-58-7,1 % in BA) |
5,0
g | BA
(123-86-4) |
-
Beispiel 2
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Erfindungsgemäss eingesetztes
Polymer:
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Hyperverzweigtes
Polyisocyanat, erhalten aus der DBTL (Dibutylzinndilaurat, CAS 77-58-7)
katalysierten Reaktion von IPDI (1-Isocyanato-3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexan,
CAS 4098-71-9) mit TMP (1,1,1-Trimethylolpropan,
CAS 77-99-6) und anschließender
Modifikation mit H
12MDI (Dicyclohexylmethan-4,4'-disocyanat, CAS 5124-30-1). NCO-Gehalt
(bestimmt nach DIN EN ISO 11909) der Verbindung: 5,8 %.
11,5
g | Macrynal
SM 510n/60LG |
10,5
g | hyperverzweigtes
Polyisocyanat |
0,12
g | Byk
331 |
0,05
g | Tego
Flow 300 |
0,01
g | DBTL |
2,5
g | BA |
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Die
Lacke werden gemäß den angeführten Rezepturen
bei 60°C
formuliert. Als letzter Bestandteil wird die Verbindung DBTL hinzugegeben.
Die Einarbeitung geschieht mittels Rühren bei erhöhter Drehzahl.
Der Lack wird anschließend
mit einer Kühlrate
von 0,5 K/min unter Einhaltung der erfindungsgemäßen Temperaturbereiche auf
25°C abgekühlt und
48 Stunden bei dieser Temperatur gelagert. Der so hergestellte Lack
wird mit einem Spiralrakel (40 μm,
Fa. Erichsen) auf Metallbleche oder Glasplatten gerakelt. Die Lacksysteme
werden bei einer Temperatur von 140°C und einer Dauer von 30 min.
gehärtet.
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B) Prüfung der hergestellten Lackfilme
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Die
vorteilhaften Eigenschaften der erhaltenden Lackfilme können insbesondere
unter Verwendung der folgenden Meßmethoden verifiziert werden.
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B-1) Kratzfestigkeit
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Kratzfestigkeit
ist die Widerstandsfähigkeit
einer Oberfläche
gegenüber
sichtbaren, linienförmigen
Beschädigungen
durch sich bewegende, die Oberfläche
berührende,
harte Körper.
Zur Beurteilung der Kratzfestigkeit polymerer Matrices kann u.a.
die nach Buchholz gemessene Eindruckhärte (DIN 2851), die nach DIN 1522
bestimmte Pendelhärte
und die Prüfung
mit dem Härteprüfstab (Typ
318) der Firma Erichsen dienen. Der Kratztest mit dem Härteprüfstab (Typ
318) der Firma Erichsen wird mit der Gravierspritze Nummer 4 (nach Opel – 0,5 mm
Durchmesser, spezielle Spitzengeometrie und Länge) unter Verwendung der 0
bis 10 [N] Feder der Firma Erichsen durchgeführt. Eine weitere Möglichkeit
zur Bestimmung der Härte
einer polymeren Matrix ist die so genannte Bleistifthärte (ASTM
D 3363).
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B-2) Gleitwert
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Zur
Messung des Gleitwertes dient ein speziell umgebautes elektromotorisches
Filmaufziehgerät.
Auf der beweglichen Rakelhalterung ist anstelle des eingelegten
Filmziehrakels eine Platte montiert, die am anderen Ende des Gerätes auf
Rollen liegt. Mit Hilfe der Rakelhalterung kann die Platte, auf
der die zu messende Probe befestigt wird, bewegt werden. Ein Klotz
mit einer flächigen
Filzunterlage wird auf den Probenkörper gesetzt und mit 500 g
beschwert. Der auf der Platte befindliche Probenkörper wird
mit einer Geschwindigkeit von 12 mm/s unter dem Gewicht weggezogen.
Die hierfür
notwendige, vertikale Kraft wird gemessen und als Gleitwert bezeichnet.
Die Ermittlung des Gleitwertes erfolgt 24 Stunden nach Aushärtung der
Oberflächenbeschichtung.
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B-3) Flexibilität einer
Oberflächenbeschichtung
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Die
Elastizität
einer polymeren Matrix kann u.a. durch Bestimmung der Tiefung nach
DIN 1520, durch die Bestimmung des Kugelschlags nach ASTM D 2794-93
sowie durch die Bestimmung der Pendelhärte nach DIN 1522 beurteilt
werden.
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B-4) Chemikalienbeständigkeit
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Die
Chemikalienbeständigkeit
einer polymeren Oberfläche
kann u.a. nach ASTM D 4752 bestimmt werden.
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B-5) Glanz und Trübung
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Der
Glanz der gehärteten
Lackfilme kann mit einem Reflektometer bei einem Winkel von 60° gemessen
werden (vgl. DIN 67530). Der Trübungsgrad
(%) wird nach ASTM D1003 bestimmt und bezeichnet den Prozentsatz
an Licht, der um mehr als 2,5° gestreut
wird.
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B-6) TEM
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Für Transmissionselektronenmikroskopieaufnahmen
können
Dünnschnitte
in einem Mikrotom (Ultracut E, Reichert-Jung) hergestellt werden.
Die Dicke der Schnitte beträgt
bevorzugt ca. 40 nm. Die Aufnahmen werden vorzugsweise mit einem
Mikroskop der Firma Zeiss (Typ LEO 912AB) bei 120 kV durchgeführt.
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B-7) Teilchengrößenverteilung
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Die
Teilchengrößenverteilungen
können
beispielsweise unter Verwendung des Softwarepakets AnalySIS Pro
(Version 3.1) der Soft Imaging System, Münster ermittelt werden.
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B-8) Permeabilität
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Die
Sauerstoffpermeabilität
kann mit einer modifizierten ASTM (American Society for Testing
and Materials) – Standardmethode
D3985-81 gemessen werden.
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Die
Wasserdampfpermeabilität
kann gravimetrisch mit der ASTM-Standardmethode E-96 bestimmt werden.
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B-9) Viskosität
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Die
Viskosität
der Oligomere oder Polymere kann nach DIN 53018 gemessen werden,
wobei man die Messung bevorzugt bei 30°C und einer Scherrate von 30
Hz zwischen 20 mm Platten durchführt.