DE102008000270A1 - Producing aqueous dispersions of polyadducts comprises reacting starting compounds in a high-boiling water-miscible solvent, dispersing the resulting solution in water and removing the solvent - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wässrigen Dispersionen von Polyaddukten aus miteinander reaktiven Ausgangsverbindungen, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- I) die Ausgangsverbindungen werden in einem mit Wasser mischbaren Lösemittel mit einem Siedepunkt größer 100°C bei 1 bar (im Nachfolgenden hochsiedendes Lösemittel genannt) oder in einem Lösmittelgemisch, welches ein hochsiedendes Lösemittel enthält, zum Polyaddukt oder einer Vorstufe davon umgesetzt,
- II) die erhaltene Lösung wird in Wasser dispergiert wird und gegebenenfalls werden weitere Umsetzungen zum Polyaddukt durchgeführt und
- III) das hochsiedende Lösemittel wird zu einem beliebigen Zeitpunkt nach der Dispergierung in Wasser bis auf einen Gehalt kleiner 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion des Polyaddukts, entfernt.
- I) the starting compounds are reacted in a water-miscible solvent having a boiling point greater than 100 ° C. at 1 bar (hereinafter referred to as high-boiling solvent) or in a solvent mixture which contains a high-boiling solvent to give the polyadduct or a precursor thereof,
- II) the resulting solution is dispersed in water and optionally further reactions to the polyadduct are carried out and
- III) the high-boiling solvent is removed at any time after the dispersion in water to a content of less than 0.5 wt .-%, based on the dispersion of the polyadduct removed.
Zur Herstellung von wässrigen Polyurethandispersionen werden Ausgangsverbindungen (Polyisocyanate und Polyalkohole) üblicherweise zunächst in einem organischen Lösemittel miteinander umgesetzt. Bei den verwendeten organischen Lösemitteln kann es sich z. B. um niedrig-siedende Lösmittel wie Aceton oder Methyethylketon handeln. In alternativen Verfahren wird in Lösemitteln mit einem Siedepunkt über 100°C bei 1 bar gearbeitet oder es werden hoch- und niedrigsiedende Lösemittel gemeinsam verwendet.to Preparation of aqueous polyurethane dispersions Starting compounds (polyisocyanates and polyalcohols) usually first in an organic solvent with each other implemented. For the organic solvents used can it be z. For example, low-boiling solvents such as acetone or methyl ethyl ketone. In alternative methods, in Solvents with a boiling point above 100 ° C worked at 1 bar or it will be high and low boiling solvents used together.
Das erhaltene Produkt wird in Wasser dispergiert, gegebenenfalls werden dann noch weitere Umsetzungen, z. B. zur Kettenverlängerung oder Vernetzung, durchgeführt. Aus der Dispersion können niedrig siedende Lösemittel (Siedepunkt bei 1 bar kleiner 100°C) leicht durch Destillation abgetrennt werden. Lösemittel mit einem Siedepunkt bei 1 bar über 100°C verbleiben in der Dispersion und werden später beim Verfilmen der Dispersion zusammen mit dem Wasser entfernt.The product obtained is dispersed in water, if necessary then more conversions, z. B. for chain extension or networking. From the dispersion can low-boiling solvents (boiling point at 1 bar less 100 ° C) are easily separated by distillation. Solvents with a boiling point at 1 bar above 100 ° C remain in the dispersion and later in filming the dispersion removed along with the water.
Grundsätzlich ist gewünscht, dass auch die wässrigen Dispersionen bereits völlig frei von organischen Lösemitteln sind.in principle it is desired that the aqueous dispersions already completely free of organic solvents are.
Aus den wässrigen Polyurethandispersionen werden getrocknete Polyurethanfilme hergestellt. Je nach Verwendungszweck und Zusammensetzung des Polyurethans handelt es sich dabei z. B. um Klebstofffilme oder Schutzüberzüge. Die Polyurethanfilme sollen für den jeweiligen Verwendungszweck möglichst gute anwendungstechnische Eigenschaften haben. Auch ist für viele Anwendungen von Bedeutung, dass die anwendungstechnischen Eigenschaften schon bald nach der Herstellung des Polyurethanfilms voll ausgebildet sind.Out the aqueous polyurethane dispersions are dried Polyurethane films produced. Depending on the purpose and composition the polyurethane is z. As to adhesive films or Protective coatings. The polyurethane films are intended for the purpose of use as good as possible application Have properties. Also is for many applications of Meaning that the application properties soon are fully formed after the preparation of the polyurethane film.
Verfahren
zur Entfernung von ionischen Bestandteilen aus Wasser werden z.
B. in
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Verfahren zu Herstellung von Polyaddukt-Dispersionen, insbesondere Polyurethan-Dispersionen, welche möglichst lösemittelfrei sind und bei der späteren Verwendung gute anwendungstechnische Eigenschaften haben.task Therefore, the present invention was a process for production of polyadduct dispersions, in particular polyurethane dispersions, which are as solvent-free as possible and in the later use good performance properties to have.
Demgemäß wurde das eingangs definierte Verfahren gefunden. Gefunden wurden auch Polyaddukt-Dispersionen, die nach diesem Verfahren erhältlich sind und die Verwendung dieser Polyaddukt-Dispersionen.Accordingly, became Found the initially defined method. Were also found Polyadduct dispersions obtained by this method are and the use of these polyadduct dispersions.
Zum PolyadduktTo the polyadduct
Unter dem Begriff Polyaddukt werden Polymere, die durch Adduktbildung von reaktionsfähigen Ausgangsverbindungen gebildet werden, ohne dass sich Wasser oder sonstige Verbindungen abspalten.Under The term polyadduct is used to describe polymers formed by adduct formation be formed by reactive starting compounds, without water or other compounds splitting off.
Polyaddukte sind z. B. Polyharnstoffe, welche durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Aminoverbindungen entstehen, oder Polyurethane, welche durch Umsetzung von Polyisocyanaten und Polyalkoholen entstehen.polyadducts are z. As polyureas, which by reaction of polyisocyanates arise with amino compounds, or polyurethanes, which by Implementation of polyisocyanates and polyalcohols arise.
Unter Polyurethan soll im folgenden ein Polyaddukt verstanden werden, welches zu mindestens 60 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 80 Gew.-% aus Polyisocyanaten und Polyalkoholen besteht.Under Polyurethane is to be understood below as a polyadduct, which is at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight consists of polyisocyanates and polyalcohols.
Bevorzugt handelt es sich bei den Polyaddukten um Polyurethane.Prefers If the polyadducts are polyurethanes.
Geeignete Polyurethane sind vorzugsweise aufgebaut aus folgenden Ausgangsverbindungen (im folgenden Text auch Monomere genannt):
- a) Diisocyanaten,
- b) Diolen, von denen
- b1) 10 bis 100 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Diole (b), ein Molekulargewicht von 500 bis 5000 aufweisen, und
- b2) 0 bis 90 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Diole (b), ein Molekulargewicht von 60 bis 500 g/mol aufweisen,
- c) von den Monomeren (a) und (b) verschiedene Monomere mit wenigstens einer Isocyanatgruppe oder wenigstens einer gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Gruppe, die darüber hinaus wenigstens eine hydrophile Gruppe oder eine potentiell hydrophile Gruppe tragen, wodurch die Wasserdispergierbarkeit der Polyurethane bewirkt wird,
- d) gegebenenfalls weiteren von den Monomeren (a) bis (c) verschiedenen mehrwertigen Verbindungen mit reaktiven Gruppen, bei denen es sich um alkoholische Hydroxylgruppen, primäre oder sekundäre Aminogruppen oder Isocyanatgruppen handelt und
- e) gegebenenfalls von den Monomeren (a) bis (d) verschiedenen einwertigen Verbindungen mit einer reaktiven Gruppe, bei der es sich um eine alkoholische Hydroxylgruppe, eine primäre oder sekundäre Aminogruppe oder eine Isocyanatgruppe handelt.
- a) diisocyanates,
- b) Diols, of which
- b 1) 10 to 100 mol%, based on the total amount of diols (b), have a molecular weight of 500 to 5000, and
- b 2) 0 to 90 mol%, based on the total amount of diols (b), have a molecular weight of 60 to 500 g / mol,
- c) monomers other than monomers (a) and (b) having at least one isocyanate group or at least one isocyanate group-reactive group further having at least one hydrophilic group or a potentially hydrophilic group, thereby effecting water-dispersibility of the polyurethanes;
- d) optionally other polyfunctional compounds other than the monomers (a) to (c), having reactive groups which are alcoholic hydroxyl groups, primary or secondary amino groups or isocyanate groups, and
- e) optionally monovalent compounds other than the monomers (a) to (d), having a reactive group which is an alcoholic hydroxyl group, a primary or secondary amino group or an isocyanate group.
Insbesondere zu nennen sind als Monomere (a) Diisocyanate X(NCO)2, wobei X für einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen cycloaliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele derartiger Diisocyanate sind Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Dodecamethylendiisocyanat, 1,4-Diisocyanatocyclohexan, 1-Isocyanato-3,5,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (IPDI), 2,2-Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)propan, Trimethylhexandiisocyanat, 1,4-Diisocyanatobenzol, 2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, 2,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, p-Xylylendiisocyanat, Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), die Isomeren des Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)methans (HMDI) wie das trans/trans-, das cis/cis- und das cis/trans-Isomere sowie aus diesen Verbindungen bestehende Gemische.Particular mention may be made as monomers (a) diisocyanates X (NCO) 2 , wherein X is an aliphatic hydrocarbon radical having 4 to 12 carbon atoms, a cycloaliphatic or aromatic hydrocarbon radical having 6 to 15 carbon atoms or an araliphatic hydrocarbon radical having 7 to 15 carbon atoms. Examples of such diisocyanates are tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, 1,4-diisocyanatocyclohexane, 1-isocyanato-3,5,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (IPDI), 2,2-bis (4-isocyanatocyclohexyl) propane, trimethylhexane diisocyanate, 1,4-diisocyanatobenzene, 2,4-diisocyanatotoluene, 2,6-diisocyanatotoluene, 4,4'-diisocyanato-diphenylmethane, 2,4'-diisocyanato-diphenylmethane, p-xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI), the isomers of the bis- (4-isocyanatocyclohexyl) methane (HMDI) as the trans / trans, the cis / cis and the cis / trans isomers and mixtures consisting of these compounds.
Derartige Diisocyanate sind im Handel erhältlich.such Diisocyanates are commercially available.
Als Gemische dieser Isocyanate sind besonders die Mischungen der jeweiligen Strukturisomeren von Diisocyanatotoluol und Diisocyanato-diphenylmethan von Bedeutung, insbesondere ist die Mischung aus 80 mol-% 2,4–Diisocyanatotoluol und 20 mol-% 2,6- Diisocyanatotoluol geeignet. Weiterhin sind die Mischungen von aromatischen Isocyanaten wie 2,4 Diisocyanatotoluol und/oder 2,6-Diisocyanatotoluol mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Isocyanaten wie Hexamethylendiisocyanat oder IPDI besonders vorteilhaft, wobei das bevorzugte Mischungsverhältnis der aliphatischen zu aromatischen Isocyanate 4:1 bis 1:4 beträgt.When Mixtures of these isocyanates are especially the mixtures of the respective Structured isomers of diisocyanatotoluene and diisocyanato-diphenylmethane Of importance, in particular, the mixture of 80 mol% 2,4-diisocyanatotoluene and 20 mol% of 2,6-diisocyanatotoluene. Furthermore, the Mixtures of aromatic isocyanates such as 2,4 diisocyanatotoluene and / or 2,6-diisocyanatotoluene with aliphatic or cycloaliphatic Isocyanates such as hexamethylene diisocyanate or IPDI particularly advantageous, wherein the preferred mixing ratio of the aliphatic to aromatic isocyanates is 4: 1 to 1: 4.
Zum Aufbau der Polyurethane kann man als Verbindungen außer den vorgenannten auch Isocyanate einsetzen, die neben den freien Isocyanatgruppen weitere verkappte Isocyanatgruppen, z. B. Uretdiongruppen tragen.To the Construction of the polyurethanes can be considered as compounds except the above also use isocyanates, in addition to the free Isocyanate groups further capped isocyanate groups, eg. B. wear uretdione groups.
Im Hinblick auf gute Filmbildung und Elastizität kommen als Diole (b) vornehmlich höhermolekulare Diole (b1) in Betracht, die ein Molekulargewicht von etwa 500 bis 5000, vorzugsweise von etwa 1000 bis 3000 g/mol haben.in the With regard to good film formation and elasticity come as Diols (b) predominantly higher molecular weight diols (b1) into consideration, which has a molecular weight of about 500 to 5,000, preferably from about 1000 to 3000 g / mol.
Bei
den Diolen (b1) handelt es sich insbesondere um Polyesterpolyole,
die z. B. aus
Als mehrwertige Alkohole kommen z. B. Ethylenglykol, Propan-1,2-diol, Propan-1,3-diol, Butan-1,3-diol, Buten-1,4-diol, Butin-1,4-diol, Pentan-1,5-diol, Neopentylglykol, Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexane wie 1,4-Bis-(hydroxymethyl)cyclohexan, 2-Methyl-propan-1,3-diol, Methylpentandiole, ferner Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykol, Dipropylenglykol, Polypropylenglykol, Dibutylenglykol und Polybutylenglykole in Betracht. Bevorzugt sind Alkohole der allgemeinen Formel HO-(CH2)x-OH, wobei x eine Zahl von 1 bis 20, bevorzugt eine gerade Zahl von 2 bis 20 ist. Beispiele hierfür sind Ethylenglycol, Butan-1,4-diol, Hexan-1,6-diol, Octan-1,8-diol und Dodecan-1,12-diol. Weiterhin bevorzugt ist Neopentylglykol.As polyhydric alcohols come z. As ethylene glycol, propane-1,2-diol, propane-1,3-diol, butane-1,3-diol, butene-1,4-diol, butyne-1,4-diol, pentane-1,5- diol, neopentyl glycol, bis (hydroxymethyl) cyclohexanes such as 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, 2-methylpropane-1,3-diol, methylpentanediols, furthermore diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, Dibutylene glycol and polybutylene glycols into consideration. Alcohols of the general formula HO- (CH 2 ) x -OH, where x is a number from 1 to 20, preferably an even number from 2 to 20, are preferred. Examples of these are ethylene glycol, butane-1,4-diol, hexane-1,6-diol, octane-1,8-diol and dodecane-1,12-diol. Further preferred is neopentyl glycol.
Ferner kommen auch Polycarbonat-Diole, wie sie z. B. durch Umsetzung von Phosgen mit einem Überschuß von den als Aufbaukomponenten für die Polyesterpolyole genannten niedermolekularen Alkohole erhalten werden können, in Betracht.Further also come polycarbonate diols, as z. B. by implementation of Phosgene with an excess of as building components obtained for the polyester polyols mentioned low molecular weight alcohols can be considered.
Geeignet sind auch Polyesterdiole auf Lacton-Basis, wobei es sich um Homo- oder Mischpolymerisate von Lactonen, bevorzugt um endständige Hydroxylgruppen aufweisende Anlagerungsprodukte von Lactonen an geeignete difunktionelle Startermoleküle handelt. Als Lactone kommen bevorzugt solche in Betracht, die sich von Verbindungen der allgemeinen Formel HO-(CH2)z-COOH ableiten, wobei z eine Zahl von 1 bis 20 ist und ein H-Atom einer Methyleneinheit auch durch einen C1- bis C4-Alkylrest substituiert sein kann. Beispiele sind e–Caprolacton, β-Propiolacton, g–Butyrolacton und/oder Methyl-e-caprolacton sowie deren Gemische. Geeignete Starterkomponenten sind z. B. die vorstehend als Aufbaukomponente für die Polyesterpolyole genannten niedermolekularen zweiwertigen Alkohole. Die entsprechenden Polymerisate des e-Caprolactons sind besonders bevorzugt. Auch niedere Polyesterdiole oder Polyetherdiole können als Starter zur Herstellung der Lacton-Polymerisate eingesetzt sein. Anstelle der Polymerisate von Lactonen können auch die entsprechenden, chemisch äquivalenten Polykondensate der den Lactonen entsprechenden Hydroxycarbonsäuren, eingesetzt werden.Also suitable are lactone-based polyesterdiols, which are homopolymers or copolymers of lactones, preferably terminal hydroxyl-containing addition products of lactones onto suitable difunctional starter molecules. Suitable lactones are preferably those which are derived from compounds of the general formula HO- (CH 2 ) z -COOH, where z is a number from 1 to 20 and an H atom of a methylene unit is also denoted by a C 1 - to C 4- alkyl radical may be substituted. Examples are e-caprolactone, β-propiolactone, g-butyrolactone and / or methyl-e-caprolactone and mixtures thereof. Suitable starter components are for. As the above-mentioned as a structural component for the polyester polyols low molecular weight dihydric alcohols. The corresponding polymers of e-caprolactone are particularly preferred. Lower polyester diols or polyether diols can also be used as starters for the preparation of the lactone polymers. Instead of the polymers of lactones, it is also possible to use the corresponding, chemically equivalent polycondensates of the hydroxycarboxylic acids corresponding to the lactones.
Daneben kommen als Monomere (b1) Polyetherdiole in Betracht. Sie sind insbesondere durch Polymerisation von Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Tetrahydrofuran, Styroloxid oder Epichlorhydrin mit sich selbst, z. B. in Gegenwart von BF3 oder durch Anlagerung dieser Verbindungen gegebenenfalls im Gemisch oder nacheinander, an Startkomponenten mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, wie Alkohole oder Amine, z. B. Wasser, Ethylenglykol, Propan-1,2-diol, Propan-1,3-diol, 1,2-Bis(4-hydroxydiphenyl)-propan oder Anilin erhältlich. Besonders bevorzugt ist Polytetrahydrofuran eines Molekulargewichts von 240 bis 5000, und vor allem 500 bis 4500.In addition, suitable monomers (b1) are polyether diols. They are in particular by polymerization of ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, tetrahydrofuran, styrene oxide or epichlorohydrin with itself, z. B. in the presence of BF 3 or by addition of these compounds, optionally in admixture or in succession, to starting components with reactive hydrogen atoms, such as alcohols or amines, for. For example, water, ethylene glycol, propane-1,2-diol, propane-1,3-diol, 1,2-bis (4-hydroxydiphenyl) propane or aniline available. Particularly preferred is polytetrahydrofuran having a molecular weight of 240 to 5000, and especially 500 to 4500.
Ebenfalls
geeignet sind Polyhydroxyolefine, bevorzugt solche mit 2 endständigen
Hydroxylgruppen, z. B. a,-w-Dihydroxypolybutadien, a,-w–Dihydroxypolymethacrylester
oder a,-w–Dihydroxypolyacrylester als Monomere (c1). Solche
Verbindungen sind beispielsweise aus der
Die Polyole können auch als Gemische im Verhältnis 0,1:1 bis 1:9 eingesetzt werden.The Polyols can also be used as mixtures in proportion 0.1: 1 to 1: 9 are used.
Die Härte und der Elastizitätsmodul der Polyurethane lassen sich erhöhen, wenn als Diole (b) neben den Diolen (b1) noch niedermolekulare Diole (b2) mit einem Molekulargewicht von etwa 60 bis 500, vorzugsweise von 62 bis 200 g/mol, eingesetzt werden.The Hardness and the modulus of elasticity of the polyurethanes can be raised when as diols (b) next to the diols (b1) still low molecular weight diols (b2) with a molecular weight from about 60 to 500, preferably from 62 to 200 g / mol become.
Als Monomere (b2) werden vor allem die Aufbaukomponenten der für die Herstellung von Polyesterpolyolen genannten kurzkettigen Alkandiole eingesetzt, wobei die unverzweigten Diole mit 2 bis 12 C-Atomen und einer gradzahligen Anzahl von C-Atomen sowie Pentan-1,5-diol und Neopentylglykol bevorzugt werden.When Monomers (b2) are mainly the building components of the the production of polyester polyols called short-chain alkanediols used, wherein the unbranched diols having 2 to 12 carbon atoms and an even number of C atoms and pentane-1,5-diol and Neopentyl glycol are preferred.
Bevorzugt beträgt der Anteil der Diole (b1), bezogen auf die Gesamtmenge der Diole (b) 10 bis 100 mol-% und der Anteil der Monomere (b2), bezogen auf die Gesamtmenge der Diole (b) 0 bis 90 mol-%. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis der Diole (b1) zu den Monomeren (b2) 0,1:1 bis 5:1, besonders bevorzugt 0,2:1 bis 2:1.Prefers is the proportion of the diols (b1), based on the total amount the diols (b) 10 to 100 mol% and the proportion of the monomers (b2), based on the total amount of diols (b) 0 to 90 mol%. Especially the ratio of the diols (b1) is preferably to the monomers (b2) 0.1: 1 to 5: 1, more preferably 0.2: 1 to 2: 1.
Um die Wasserdispergierbarkeit der Polyurethane zu erreichen, sind die Polyurethane neben den Komponenten (a), (b) und gegebenenfalls (d) aus von den Komponenten (a), (b) und (d) verschiedenen Monomeren (c), die wenigstens eine Isocyanatgruppe oder wenigstens eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktive Gruppe und darüberhinaus wenigstens eine hydrophile Gruppe oder eine Gruppe, die sich in eine hydrophile Gruppe überführen lässt, tragen, aufgebaut. Im folgenden Text wird der Begriff "hydrophile Gruppen oder potentiell hydrophile Gruppen" mit "(potentiell) hydrophile Gruppen" abgekürzt. Die (potentiell) hydrophilen Gruppen reagieren mit Isocyanaten wesentlich langsamer als die funktionellen Gruppen der Monomere, die zum Aufbau der Polymerhauptkette dienen.In order to achieve the water-dispersibility of the polyurethanes, the polyurethanes, in addition to the components (a), (b) and, if appropriate, (d) are monomers (c) which are different from components (a), (b) and (d) and which are at least one Isocyanate group or at least one isocyanate-reactive group and moreover at least one hydrophilic group or a group which can be transformed into a hydro phile group, carry, built. In the following text, the term "hydrophilic groups or potentially hydrophilic groups" is abbreviated to "(potentially) hydrophilic groups". The (potentially) hydrophilic groups react much more slowly with isocyanates than the functional groups of the monomers which serve to build up the polymer main chain.
Der Anteil der Komponenten mit (potentiell) hydrophilen Gruppen an der Gesamtmenge der Komponenten (a), (b), (c), (d) und (e) wird im allgemeinen so bemessen, dass die Molmenge der (potentiell) hydrophilen Gruppen, bezogen auf die Gewichtsmenge aller Monomere (a) bis (e), 30 bis 1000, bevorzugt 50 bis 500 und besonders bevorzugt 80 bis 300 mmol/kg beträgt.Of the Proportion of components with (potentially) hydrophilic groups on the Total amount of components (a), (b), (c), (d) and (e) is generally such that the molar amount of the (potentially) hydrophilic groups, based on the amount by weight of all monomers (a) to (e), 30 to 1000, preferably 50 to 500 and particularly preferably 80 to 300 mmol / kg is.
Bei den (potentiell) hydrophilen Gruppen kann es sich um nichtionische oder bevorzugt um (potentiell) ionische hydrophile Gruppen handeln.at the (potentially) hydrophilic groups may be nonionic or preferably (ionic) hydrophilic groups.
Als nichtionische hydrophile Gruppen kommen insbesondere Polyethylenglycolether aus vorzugsweise 5 bis 100, bevorzugt 10 bis 80 Ethylenoxid-Wiederholungseinheiten, in Betracht. Der Gehalt an Polyethylenoxid-Einheiten beträgt im allgemeinen 0 bis 10, bevorzugt 0 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Gewichtsmenge aller Monomere (a) bis (e).When Nonionic hydrophilic groups are especially polyethylene glycol ethers preferably from 5 to 100, preferably from 10 to 80 ethylene oxide repeating units, into consideration. The content of polyethylene oxide units is in general 0 to 10, preferably 0 to 6 wt .-%, based on the Weight of all monomers (a) to (e).
Bevorzugte
Monomere mit nichtionischen hydrophilen Gruppen sind Polyethylenoxiddiole,
Polyethylenoxidmonoole sowie die Reaktionsprodukte aus einem Polyethylenglykol
und einem Diisocyanat, die eine endständig veretherten
Polyethylenglykolrest tragen. Derartige Diisocyanate sowie Verfahren
zu deren Herstellung sind in den Patentschriften
Ionische hydrophile Gruppen sind vor allem anionische Gruppen wie die Sulfonat-, die Carboxylat- und die Phosphatgruppe in Form ihrer Alkalimetall- oder Ammoniumsalze sowie kationische Gruppen wie Ammonium-Gruppen, insbesondere protonierte tertiäre Aminogruppen oder quartäre Ammoniumgruppen.Ionian hydrophilic groups are especially anionic groups such as the sulfonate, the carboxylate and phosphate groups in the form of their alkali metal or ammonium salts and cationic groups such as ammonium groups, in particular protonated tertiary amino groups or quaternary Ammonium groups.
Potentiell ionische hydrophile Gruppen sind vor allem solche, die sich durch einfache Neutralisations-, Hydrolyse- oder Quaternisierungsreaktionen in die oben genannten ionischen hydrophilen Gruppen überführen lassen, also z. B. Carbonsäuregruppen oder tertiäre Aminogruppen.Potentially ionic hydrophilic groups are especially those that are characterized by simple neutralization, hydrolysis or quaternization reactions into the above-mentioned ionic hydrophilic groups leave, so z. As carboxylic acid groups or tertiary Amino groups.
(Potentiell)
ionische Monomere (c) sind z. B. in
Als (potentiell) kationische Monomere (c) sind vor allem Monomere mit tertiären Aminogruppen von besonderer praktischer Bedeutung, beispielsweise: Tris-(hydroxyalkyl)-amine, N,N'-Bis(hydroxyalkyl)-alkylamine, N-Hydroxyalkyl-dialkylamine, Tris-(aminoalkyl)-amine, N,N'-Bis(aminoalkyl)-alkylamine, N-Aminoalkyl-dialkylamine, wobei die Alkylreste und Alkandiyl-Einheiten dieser tertiären Amine unabhängig voneinander aus 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bestehen. Weiterhin kommen tertiäre Stickstoffatome aufweisende Polyether mit vorzugsweise zwei endständigen Hydroxylgruppen, wie sie z. B. durch Alkoxylierung von zwei an Aminstickstoff gebundene Wasserstoffatome aufweisende Amine, z. B. Methylamin, Anilin oder N,N'-Dimethylhydrazin, in an sich üblicher Weise zugänglich sind, in Betracht. Derartige Polyether weisen im allgemeinen ein zwischen 500 und 6000 g/mol liegendes Molgewicht auf.When (potential) cationic monomers (c) are especially monomers with tertiary amino groups of particular practical importance, for example: tris- (hydroxyalkyl) -amines, N, N'-bis (hydroxyalkyl) -alkylamines, N-hydroxyalkyl-dialkylamines, tris (aminoalkyl) -amines, N, N'-bis (aminoalkyl) -alkylamines, N-aminoalkyl-dialkylamines, wherein the alkyl radicals and alkanediyl units of these tertiary amines independently 1 to 6 carbon atoms. Furthermore come tertiary Nitrogen-containing polyether having preferably two terminal Hydroxyl groups, as z. By alkoxylation of two amine nitrogens bound hydrogen atoms containing amines, z. Methylamine, Aniline or N, N'-dimethylhydrazine, in per se Way in consideration. Such polyethers generally have a lying between 500 and 6000 g / mol Mol. Weight on.
Diese tertiären Amine werden entweder mit Säuren, bevorzugt starken Mineralsäuren wie Phosphorsäure, Schwefelsäure, Halogenwasserstoffsäuren oder starken organischen Säuren oder durch Umsetzung mit geeigneten Quaternisierungsmitteln wie C1- bis C6-Alkylhalogeniden oder Benzylhalogeniden, z. B. Bromiden oder Chloriden, in die Ammoniumsalze überführt.These tertiary amines are either with acids, preferably strong mineral acids such as phosphoric acid, sulfuric acid, hydrohalic acids or strong organic acids or by reaction with suitable quaternizing agents such as C 1 - to C 6 -alkyl halides or benzyl halides, eg. As bromides or chlorides, transferred to the ammonium salts.
Als
Monomere mit (potentiell) anionischen Gruppen kommen üblicherweise
aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische oder aromatische
Carbonsäuren und Sulfonsäuren in Betracht, die
mindestens eine alkoholische Hydroxylgruppe oder mindestens eine
primäre oder sekundäre Aminogruppe tragen. Bevorzugt sind
Dihydroxyalkylcarbonsäuren, vor allem mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen,
wie sie auch in der
Weiterhin eignen sich entsprechende Dihydroxysulfonsäuren und Dihydroxyphosphonsäuren wie 2,3-Dihydroxypropanphosphonsäure.Farther Suitable dihydroxysulfonic acids and dihydroxyphosphonic acids are suitable such as 2,3-dihydroxypropanephosphonic acid.
Ansonsten
geeignet sind Dihydroxylverbindungen mit einem Molekulargewicht über
500 bis 10000 g/mol mit mindestens 2 Carboxylatgruppen, die aus
der
Als
Monomere (c) mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen
kommen Aminocarbonsäuren wie Lysin, β-Alanin oder
die in der
Solche
Verbindungen gehorchen beispielsweise der Formel (c2)
– R4 und R5 unabhängig
voneinander für eine C1- bis C6-Alkandiyl-Einheit, bevorzugt Ethylen
und
X für COOH oder SO3H stehen.Such compounds obey, for example, the formula (c 2 )
- R 4 and R 5 are independently a C 1 - to C 6 alkanediyl moiety, preferably ethylene
and X is COOH or SO 3 H.
Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (c2) sind die N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethancarbonsäure sowie die N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure bzw. die entsprechenden Alkalisalze, wobei Na als Gegenion besonders bevorzugt ist.Particularly preferred compounds of the formula (c 2 ) are N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanecarboxylic acid and N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid or the corresponding alkali metal salts, Na being particularly preferred as the counterion.
Weiterhin
besonders bevorzugt sind die Addukte der oben genannten aliphatischen
diprimären Diamine an 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure,
wie sie z. B. in der
Sofern Monomere mit potentiell ionischen Gruppen eingesetzt werden, kann deren Überführung in die ionische Form vor, während, jedoch vorzugsweise nach der Isocyanat-Polyaddition erfolgen, da sich die ionischen Monomeren in der Reaktionsmischung häufig nur schwer lösen. Besonders bevorzugt liegen die Sulfonat- oder Carboxylatgruppen in Form ihrer Salze mit einem Alkaliion oder einem Ammoniumion als Ge genion vor.Provided Monomers can be used with potentially ionic groups their transfer into the ionic form before, during, however, preferably after the isocyanate polyaddition, since the ionic monomers are often in the reaction mixture difficult to solve. Particularly preferably, the sulfonate or carboxylate groups in the form of their salts with an alkali metal ion or an ammonium ion as Ge genion before.
Die Monomere (d), die von den Monomeren (a) bis (c) verschieden sind und welche gegebenenfalls auch Bestandteile des Polyurethans sind, dienen im allgemeinen der Vernetzung oder der Kettenverlängerung. Es sind im allgemeinen mehr als zweiwertige nicht-phenolische Alkohole, Amine mit 2 oder mehr primären und/oder sekundären Aminogruppen sowie Verbindungen, die neben einer oder mehreren alkoholischen Hydroxylgruppen eine oder mehrere primäre und/oder sekundäre Aminogruppen tragen.The Monomers (d) other than the monomers (a) to (c) and which are optionally also constituents of the polyurethane, generally serve for crosslinking or chain extension. It are generally more than dihydric non-phenolic alcohols, Amines with 2 or more primary and / or secondary Amino groups and compounds in addition to one or more alcoholic Hydroxyl groups one or more primary and / or secondary Wear amino groups.
Alkohole mit einer höheren Wertigkeit als 2, die zur Einstellung eines gewissen Verzweigungs- oder Vernetzungsgrades dienen können, sind z. B. Trimethylolpropan, Glycerin oder Zucker.alcohols with a value higher than 2, which is used for setting can serve a certain degree of branching or cross-linking, are z. B. trimethylolpropane, glycerol or sugar.
Ferner kommen Monoalkohole in Betracht, die neben der Hydroxyl-Gruppe eine weitere gegenüber Isocyanaten reaktive Gruppe tragen wie Monoalkohole mit einer oder mehreren primären und/oder sekundären Aminogruppen, z. B. Monoethanolamin.Further Monoalcohols come into consideration, in addition to the hydroxyl group a carry further isocyanate-reactive group as Monoalcohols with one or more primary and / or secondary amino groups, e.g. B. monoethanolamine.
Polyamine mit 2 oder mehr primären und/oder sekundären Aminogruppen werden vor allem dann eingesetzt, wenn die Kettenverlängerung bzw. Vernetzung in Gegenwart von Wasser stattfinden soll, da Amine in der Regel schneller als Alkohole oder Wasser mit Isocyanaten reagieren. Das ist häufig dann erforderlich, wenn wässerige Dispersionen von vernetzten Polyurethanen oder Polyurethanen mit hohem Molgewicht gewünscht werden. In solchen Fällen geht man so vor, dass man Präpolymere mit Isocyanatgruppen herstellt, diese rasch in Wasser dispergiert und anschließend durch Zugabe von Verbindungen mit mehreren gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen kettenverlängert oder vernetzt.polyamines with 2 or more primary and / or secondary amino groups are mainly used when the chain extension or crosslinking in the presence of water, since amines usually faster than alcohols or water with isocyanates react. This is often required when watery Dispersions of crosslinked polyurethanes or polyurethanes with high molecular weight are desired. In such cases one proceeds in such a way that prepolymers with isocyanate groups prepared, this dispersed rapidly in water and then by adding compounds with more than isocyanates chain-extended or crosslinked reactive amino groups.
Hierzu geeignete Amine sind im allgemeinen polyfunktionelle Amine des Molgewichtsbereiches von 32 bis 500 g/mol, vorzugsweise von 60 bis 300 g/mol, welche mindestens zwei Aminogruppen, ausgewählt aus der Gruppe der primären und sekundären Aminogruppen, enthalten. Beispiele hierfür sind Diamine wie Diaminoethan, Diaminopropane, Diaminobutane, Diaminohexane, Piperazin, 2,5-Dimethylpiperazin, Amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethyl-cyclohexan (Isophorondiamin, IPDA), 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan, 1,4-Diaminocyclohexan, Aminoethylethanolamin, Hydrazin, Hydrazinhydrat oder Triamine wie Diethylentriamin oder 1,8-Diamino-4-aminomethyloctan.Suitable amines for this purpose are generally polyfunctional amines of the molecular weight range of From 32 to 500 g / mol, preferably from 60 to 300 g / mol, containing at least two amino groups selected from the group of primary and secondary amino groups. Examples of these are diamines such as diaminoethane, diaminopropanes, diaminobutanes, diaminohexanes, piperazine, 2,5-dimethylpiperazine, amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethyl-cyclohexane (isophoronediamine, IPDA), 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, 1 , 4-diaminocyclohexane, aminoethylethanolamine, hydrazine, hydrazine hydrate or triamines such as diethylenetriamine or 1,8-diamino-4-aminomethyloctane.
Die
Amine können auch in blockierter Form, z. B. in Form der
entsprechenden Ketimine (siehe z. B.
Bevorzugt werden Gemische von Di- und Triaminen verwendet, besonders bevorzugt Gemische von Isophorondiamin (IPDA) und Diethylentriamin (DETA).Prefers For example, mixtures of di- and triamines are used, more preferred Mixtures of isophorone diamine (IPDA) and diethylenetriamine (DETA).
Die Polyurethane enthalten bevorzugt 1 bis 30, besonders bevorzugt 4 bis 25 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten (b) und (d) eines Polyamins mit mindestens 2 gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen als Monomere (d).The Polyurethanes preferably contain 1 to 30, more preferably 4 to 25 mol%, based on the total amount of components (b) and (d) a polyamine having at least 2 versus isocyanates reactive amino groups as monomers (d).
Alkohole mit einer höheren Wertigkeit als 2, die zur Einstellung eines gewissen Verzweigungs- oder Vernetzungsgrades dienen können, sind z. B. Trimethylolpropan, Glycerin oder Zucker.alcohols with a value higher than 2, which is used for setting can serve a certain degree of branching or cross-linking, are z. B. trimethylolpropane, glycerol or sugar.
Für den gleichen Zweck können auch als Monomere (d) höher als zweiwertige Isocyanate eingesetzt werden. Handelsübliche Verbindungen sind beispielsweise das Isocyanurat oder das Biuret des Hexamethylendiisocyanats.For the same purpose may also be higher as monomers (d) be used as divalent isocyanates. commercial Compounds are for example the isocyanurate or the biuret hexamethylene diisocyanate.
Monomere (e), die gegebenenfalls mitverwendet werden, sind Monoisocyanate, Monoalkohole und monoprimäre und -sekundäre Amine. Im allgemeinen beträgt ihr Anteil maximal 10 mol-%, bezogen auf die gesamte Molmenge der Monomere. Diese monofunktionellen Verbindungen tragen üblicherweise weitere funktionelle Gruppen wie olefinische Gruppen oder Carbonylgruppen und dienen zur Einführung von funktionellen Gruppen in das Polyurethan, die die Dispergierung bzw. die Vernetzung oder weitere polymeranaloge Umsetzung des Polyurethans ermöglichen. In Betracht kommen hierfür Monomere wie Isopropenyl-a,a-dimethylbenzylisocyanat (TMI) und Ester von Acryl- oder Methacrylsäure wie Hydroxyethylacrylat oder Hydroxyethylmethacrylat.monomers (e), which are optionally used, are monoisocyanates, Monoalcohols and monoprimary and secondary amines. In general, their proportion is at most 10 mol%, based on the total molar amount of monomers. These monofunctional compounds usually carry other functional groups such as olefinic Groups or carbonyl groups and are for introduction of functional groups in the polyurethane, which means the dispersion or the crosslinking or further polymer-analogous reaction of the polyurethane enable. Suitable monomers for this purpose such as isopropenyl-a, a-dimethylbenzyl isocyanate (TMI) and esters of Acrylic or methacrylic acid such as hydroxyethyl acrylate or Hydroxyethyl methacrylate.
Auf dem Gebiet der Polyurethanchemie ist allgemein bekannt, wie das Molekulargewicht der Polyurethane durch Wahl der Anteile der miteinander reaktiven Monomere sowie dem arithmetischen Mittel der Zahl der reaktiven funktionellen Gruppen pro Molekül eingestellt werden kann.On The field of polyurethane chemistry is well known as the Molecular weight of the polyurethanes by choosing the proportions of each other reactive monomers and the arithmetic mean of the number of adjusted reactive functional groups per molecule can be.
Normalerweise werden die Komponenten (a) bis (e) sowie ihre jeweiligen Molmengen so gewählt, dass das Verhältnis A:B mit
- A) der Molmenge an Isocyanatgruppen und
- B) der Summe aus der Molmenge der funktionellen Gruppen, die mit Isocyanaten in einer Additionsreaktion reagieren können
- A) the molar amount of isocyanate groups and
- B) the sum of the molar amount of the functional groups which can react with isocyanates in an addition reaction
0,5:1 bis 2:1, bevorzugt 0,8:1 bis 1,5, besonders bevorzugt 0,9:1 bis 1,2:1 beträgt. Ganz besonders bevorzugt liegt das Verhältnis A:B möglichst nahe an 1:1.0.5: 1 to 2: 1, preferably 0.8: 1 to 1.5, particularly preferably 0.9: 1 to 1.2: 1. Most preferably, the ratio A: B as close as possible to 1: 1.
Die eingesetzten Monomere (a) bis (e) tragen im Mittel üblicherweise 1,5 bis 2,5, bevorzugt 1,9 bis 2,1, besonders bevorzugt 2,0 Isocyanatgruppen bzw. funktionelle Gruppen, die mit Isocyanaten in einer Additionsreaktion reagieren können.The used monomers (a) to (e) usually carry on average 1.5 to 2.5, preferably 1.9 to 2.1, more preferably 2.0 isocyanate groups or functional groups that react with isocyanates in an addition reaction can react.
Zum HerstellungsverfahrenTo the manufacturing process
Verfahrensschritt I)Process step I)
Die Umsetzung der Ausgangsverbindungen der Polyaddukte, bzw. des Polyurethans, wird erfindungsgemäß in einem mit Wasser mischbaren, vorzugsweise unbegrenzt mischbaren Lösemittel mit einem Siedepunkt größer 100°C bei 1 bar (kurz hochsiedendes Lösemittel) oder in einem Lösemittelgemisch, welches ein hochsiedendes Lösemittel enthält, vorgenommen.The Reaction of the starting compounds of the polyadducts or of the polyurethane, is according to the invention in a water-miscible, preferably infinitely miscible solvent with a Boiling point greater than 100 ° C at 1 bar (short high-boiling solvent) or in a solvent mixture, which contains a high-boiling solvent, performed.
Im Falle der Lösemittelgemische sind solche bevorzugt, die zu mindestens 5 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 10 Gew.-%, aber auch zu mindestens 25 Gew.-% bzw. zu mindestens 50 Gew.-% aus dem hochsiedenden Lösemittel bestehen.in the In the case of the solvent mixtures, preference is given to those which at least 5 wt .-%, in particular at least 10 wt .-%, but also at least 25 wt .-% or at least 50 wt .-% from the high-boiling Solvents exist.
In einer besonderen Ausführungsform wird die Umsetzung in einem Lösemittelgemisch, welches zu mehr als 75 Gew.-% aus dem hochsiedenden Lösemittel besteht oder nur in dem hochsiedenden Lösemittel (100 Gew.-%) vorgenommen.In In a particular embodiment, the reaction is in a solvent mixture containing more than 75% by weight consists of the high-boiling solvent or only in the high boiling solvent (100 wt .-%) made.
Als hochsiedende Lösemittel kommen N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Ether von Ethylen- und Propylenglykol, insbesondere Dipropylenglykolmethylether oder Alkylpyrrolidone in Betracht.When high-boiling solvents include N-methylpyrrolidone (NMP), Dimethylformamide, dimethylacetamide, ethers of ethylene and propylene glycol, in particular dipropylene glycol methyl ether or alkylpyrrolidones in Consideration.
Bei den Mischungen der hochsiedenden Lösemittel mit anderen Lösemitteln (Siedepunkt unter 100°C, bei 1 bar), handelt sich insbesondere um Mischungen mit Aceton oder Methykethylketon.at the mixtures of high-boiling solvents with others Solvents (boiling point below 100 ° C, at 1 bar), are in particular mixtures with acetone or methyl ketone.
Besonders bevorzugt erfolgt die Umsetzung der Ausgangsverbindungen in NMP oder Mischungen von NMP mit anderen Lösemitteln, insbesondere mit Aceton.Especially The reaction of the starting compounds in NMP is preferably carried out or mixtures of NMP with other solvents, in particular with acetone.
Der Lösemittelgehalt beträgt vorzugsweise 5 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 95 Gew.-% bezogen auf die gesamte Reaktionsmischung, das entspricht einem Gehalt an Ausgangsverbindungen, bzw. nach der Umsetzung einem Gehalt des Polyaddukts oder eines Präpolymeren davon von 5 bis 95 Gew.-% bzw. 5 bis 80 Gew.-%.Of the Solvent content is preferably 5 to 95 Wt .-%, particularly preferably 20 to 95 wt .-% based on the total Reaction mixture, which corresponds to a content of starting compounds, or after the reaction, a content of the polyadduct or a Prepolymers thereof of 5 to 95 wt .-% and 5 to 80 wt .-%.
Im Verfahrensschritt I) können alle gewünschten Ausgangsverbindungen a) bis e) zum Polyurethan umgesetzt werden.in the Process step I) can all desired starting compounds a) to e) are converted to the polyurethane.
Die Polyaddition zur Herstellung des Polyurethans erfolgt vorzugsweise bei Reaktionstemperaturen von 20 bis 180°C, bevorzugt 50 bis 150°Cunter Normaldruck oder unter autogenem Druck.The Polyaddition to produce the polyurethane is preferably carried out at reaction temperatures of 20 to 180 ° C, preferably 50 up to 150 ° C under normal pressure or under autogenous pressure.
Die erforderlichen Reaktionszeiten liegen im allgemeinen bei 1 bis 20 Stunden, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 10 Stunden. Es ist auf dem Gebiet der Polyurethanchemie bekannt, wie die Reaktionszeit durch eine Vielzahl von Parametern wie Temperatur, Konzentration der Monomere, Reaktivität der Monomeren beeinflusst wird.The required reaction times are generally from 1 to 20 Hours, in particular in the range of 1.5 to 10 hours. It is in the field of polyurethane chemistry known as the reaction time through a variety of parameters such as temperature, concentration of monomers, Reactivity of the monomers is influenced.
Als Polymerisationsapparate kommen insbesondere Rührkessel in Betracht.When Polymerization apparatuses come in particular stirred tank into consideration.
In einem alternativen Herstellungsverfahren (auch Präpolymer-Mischverfahren genannt) wird die Umsetzung zweistufig durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird in Stufe I) zunächst ein Präpolymer hergestellt, das Isocyanat-Gruppen trägt. Die Komponenten werden hierbei vorzugsweise so gewählt, dass das definitionsgemäße Verhältnis A:B größer 1,0 bis 3, bevorzugt 1,05 bis 2,0 beträgt. Das Präpolymer wird zuerst in Wasser dispergiert und anschließend gegebenenfalls durch Reaktion der Isocyanat-Gruppen mit Aminen, die mehr als 2 gegenüber Isocyanaten reaktive Aminogruppen tragen, vernetzt oder mit Aminen, die 2 gegenüber Isocyanaten reaktive Aminogruppen tragen, kettenverlängert. Eine Kettenverlängerung findet auch dann statt, wenn kein Amin zugesetzt wird. In diesem Fall werden Isocyanatgruppen zu Aminogruppen hydrolysiert, die mit noch verbliebenen Isocyanatgruppen der Präpolymeren unter Kettenverlängerung abreagieren.In an alternative manufacturing method (also prepolymer mixing method called) the implementation is carried out in two stages. at This method is in step I) first a prepolymer prepared carrying isocyanate groups. The components are hereby preferably chosen so that the definition Ratio A: B greater than 1.0 to 3, preferably 1.05 to 2.0. The prepolymer becomes first dispersed in water and then optionally by Reaction of the isocyanate groups with amines that are more than 2 opposite Isocyanates carry reactive amino groups, crosslinked or with amines, which carry 2 isocyanate-reactive amino groups, chain extended. A chain extension finds even if no amine is added. In this case will be Isocyanate groups hydrolyzed to amino groups, with the remaining Isocyanate groups of the prepolymers with chain extension react.
Verfahrensschritt IIProcess step II
Die in I) erhaltene Lösung wird in Wasser dispergiert. Wasser kann in die Lösung eingerührt werden, es kann aber auch Wasser vorgelegt und die Lösung eingerührt werden.The in I) is dispersed in water. water can be stirred into the solution, it can but also presented water and the solution stirred become.
Man erhält eine Dispersion des Polyaddukts, bzw Polyurethans, oder eines Präpolymeren davon in einem Gemisch von Wasser und dem Lösemittel, bzw. Lösemittelgemisch.you receives a dispersion of the polyadduct, or polyurethane, or a prepolymer thereof in a mixture of water and the solvent or solvent mixture.
Im Falle eines Polyurethanpräpolymeren erfolgt die Umsetzung der verbleibenden Isocyanatgruppen vorzugsweise wie vorstehend beschrieben.in the If a polyurethane prepolymer is used, the reaction takes place the remaining isocyanate groups preferably as described above.
Niedrig siedende Lösemittel, soweit mitverwendet, werden aus der Dispersion vorzugsweise durch Destillation bei vermindertem Druck entfernt.Low boiling solvents, if used, are from the Dispersion preferably by distillation at reduced pressure away.
Verfahrensschritt IIIProcess step III
Nach der Dispergierung in Wasser wird auch das hochsiedende Lösemittel weitgehend entfernt. Dies kann zu jedem Zeitpunkt nach der Dispergierung geschehen.To dispersing in water also becomes the high-boiling solvent largely removed. This can be done at any time after dispersion happen.
Im Falle des Präpolymeren erfolgt die Entfernung des hochsiedenden Lösemittels vorzugsweise nach der vollständigen Umsetzung zum Polyaddukt, bzw Polyurethan.in the Case of the prepolymer is the removal of the high-boiling Solvent preferably after the complete Reaction to the polyadduct, or polyurethane.
Bei Mitverwendung von niedrig siedenden Lösemitteln wird vorzugsweise zunächst das niedrig siedende Lösemittel entfernt.at Co-use of low-boiling solvents is preferred first remove the low-boiling solvent.
Vor der Entfernung des hochsiedenden Lösemittels beträgt der Gehalt des hochsiedenden Lösemittels im allgemeinen mindestens 0,5 insbesondere mindestens 1 oder auch mindestens 2 Gew.-%, aber auch z. B. mindestens 10 Gew.-% bezogen auf die gesamte Dispersion aus Polyaddukt, Wasser und Lösemittel, der Gehalt ist im allgemeinen nicht größer als 50 Gew.-% oder als 40 Gew.-% bezogen auf die gesamte Dispersion aus Polyaddukt, Wasser und Lösemittel.In front the removal of the high-boiling solvent the content of the high-boiling solvent in general at least 0.5, in particular at least 1 or else at least 2 Wt .-%, but also z. B. at least 10 wt .-% based on the total Dispersion of polyadduct, water and solvent, the content is generally not greater than 50% by weight or as 40% by weight, based on the total dispersion of polyadduct, Water and solvents.
Die
Entfernung des hochsiedenden Lösemittels erfolgt vorzugsweise
durch das Verfahren der Mikrofiltration, auch Diafiltration bzw.
Ultrafiltration genannt. Dieses Verfahren ist zum Entfernen ionische
Bestandteile aus Wasser, auch aus Polymerdispersionen beschrieben,
z. B. in
Bei der Mikrofiltration wird Wasser unter Überdruck durch die Polymerdispersion geleitet. Ein Überdruck von 0,1 bis 1 bar ist im allgemeinen ausreichend. Die Mikrofiltration kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Nach Durchgang durch eine Membran, welche für die Dispersionsteilchen undurchlässig ist, wird das Wasser, welches die zu entfernenden Bestandteile enthält, entfernt (Eluat). Es wird so lange Wasser durch die Dispersion geleitet, bis der gewünschte Reinheitsgrad der zurückgehaltenen Polymerdispersion (Retentat) erreicht ist. Letztlich beruht die Methode auf dem Austausch des Dispersionswasser mit seinen gelösten Bestandteilen gegen das frisch zugeführt Wasser (Serum-Austausch).at The microfiltration will pressurize water through the water Polymer dispersion passed. An overpressure of 0.1 to 1 bar is generally sufficient. The microfiltration may be at Room temperature to be performed. After passing through a membrane which is impermeable to the dispersion particles is the water containing the constituents to be removed, removed (eluate). Water is passed through the dispersion as long as until the desired degree of purity of the retained Polymer dispersion (retentate) is reached. Ultimately, the Method on the exchange of dispersion water with its dissolved Ingredients to the freshly supplied water (serum exchange).
Die schließlich nach Verfahrensschritt III erhaltenen wässrigen Dispersionen der Polyaddukte, insbesondere der Polyurethane, enthalten weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,1 bzw. weniger als 0,05 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Dispersion, der hochsiedenden Lösemittel.The finally obtained according to process step III aqueous Dispersions of the polyadducts, in particular of the polyurethanes contain less than 0.5% by weight, especially less than 0.2% by weight, especially preferably less than 0.1 or less than 0.05 wt .-%, based on the entire dispersion, the high-boiling solvent.
Die Dispersionen haben im allgemeinen einen Feststoffgehalt von 10 bis 75, bevorzugt von 20 bis 65 Gew.-% und eine Viskosität von 10 bis 500 m Pas (gemessen bei einer Temperatur von 20°C und einer Schergeschwindigkeit von 250 s–1).The dispersions generally have a solids content of 10 to 75, preferably from 20 to 65 wt .-% and a viscosity of 10 to 500 m Pas (measured at a temperature of 20 ° C and a shear rate of 250 s -1 ).
Die Polyaddukt-Dispersionen, insbesondere Polyurethan–Dispersionen eignen sich als Bindemittel für Klebstoffe, Beschichtungsmittel, Lacke oder Imprägnierungsmittel.The Polyadduct dispersions, in particular polyurethane dispersions are suitable as binders for adhesives, coating compositions, Paints or impregnating agents.
Die Klebstoffe, Beschichtungsmittel, Lacke oder Imprägnierungsmittel können allein aus der Polyurethan-Dispersion bestehen oder weitere Bestandteile enthalten.The Adhesives, coating agents, lacquers or impregnating agents may consist solely of the polyurethane dispersion or contain further ingredients.
Sie können handelsübliche Hilfs- und Zusatzstoffe wie Treibmittel, Entschäumer, Emulgatoren, Verdickungsmittel und Thixotropiermittel, Farbmittel wie Farbstoffe und Pigmente, klebrigmachende Harze (Tackifier) enthalten.she may be commercial auxiliaries and additives such as propellants, defoamers, emulsifiers, thickeners and thixotropic agents, colorants such as dyes and pigments, containing tackifying resins (tackifiers).
Die erfindungsgemäßen Dispersionen eignen sich zur Beschichtung von Gegenständen aus Metall, Kunststoff, Papier, Textil, Leder oder Holz, indem man sie nach den allgemein üblichen Verfahren, also z. B. durch Sprühen oder Rakeln in Form eines Films auf diese Gegenstände aufträgt und die Dispersion trocknet.The dispersions of the invention are suitable for coating articles of metal, plastic, paper, textile, leather or wood, by applying them by the commonly used methods, ie, for. B. by spraying or knife coating in the form of a film on these objects and the dispersion dries.
Die wässrigen Dispersionen zeichnen sich aus durch ihre Lösemittelfreiheit und auch durch verbesserte anwendungstechnische Eigenschaften. Filme aus den Polymerdispersionen trocknen sehr schnell und haben sehr schnell die gewünschten anwendungstechnischen Eigenschaften, z. B. Härte und Elastizität. Überraschenderweise sind die Eigenschaften nach Abschluss der Trocknung dauerhaft besser und haben ein Niveau, das ohne Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erreicht wird.The aqueous dispersions are characterized by their freedom from solvents and also by improved performance properties. Movies from the polymer dispersions dry very quickly and have a lot quickly the desired application properties, z. B. hardness and elasticity. Surprisingly the properties are permanently better after drying is complete and have a level without carrying out the invention Procedure is not reached.
Beispielexample
Eine handelsübliche Polyurethan-Dispersion (Astacin® Finish PF der BASF AG) mit einem Gehalt an Polymer von 37 Gew.-% und einem Gehalt an NMP von 4,0 Gew.-% wird mit Wasser auf 19,4 Gew.-% Festgehalt verdünnt.A commercial polyurethane dispersion (Astacin Finish PF ® from BASF AG) with a polymer content of 37 wt .-% and a content of 4.0 wt .-% NMP is diluted with water to 19.4 wt .-% solids content diluted.
250 g dieser Dispersion werden in die Diafiltrationszelle (Amicon Rührzelle 8400, Fa. Amicon) eingefüllt und bei 21°C wird unter Rühren (500 U/Min.) und mit leichtem Überdruck (0,2 bar) vollentsalztes Wasser durch die Dispersion geleitet. Das Eluat wird nach Durchtritt durch die Polycarbonat-Siebfiltermembran (Nucleopore; 0,1 μm; D = 76 mm) an der Unterseite der Apparatur aufgefangen und der NMP-Gehalt bestimmt. Die Gesamtmenge des Eluats beträgt bei einer Laufzeit von 30 Stunden 1240 g. Der NMP-Gehalt des Retentats (diafiltrierte PU-Dispersion) ist kleiner 0,05 Gew.-%, ermittelt durch GC-Analyse.250 g of this dispersion are in the diafiltration cell (Amicon stirred cell 8400, Fa. Amicon) and at 21 ° C is with stirring (500 rpm) and with slight overpressure (0.2 bar) demineralized water passed through the dispersion. The Eluate is after passing through the polycarbonate sieve filter membrane (Nucleopore, 0.1 μm, D = 76 mm) at the bottom of the apparatus collected and the NMP content determined. The total amount of eluate is 1240 g for 30 hours. The NMP content of the retentate (diafiltered PU dispersion) is less than 0.05% by weight, determined by GC analysis.
Von der diafiltrierten Dispersion wurden auf einer Glasplatte Filme mit einer Trockendicke von 1,0 mm gegossen; ebenso von der Ausgangsdispersion.From of the diafiltered dispersion were on a glass plate films poured with a dry thickness of 1.0 mm; also from the starting dispersion.
17 Stunden nach dem Aufgießen waren die Filme soweit getrocknet, dass sie von der Glasplatte abgezogen werden konnten. Aus den Filmen wurden Streifen der Abmessung 15·40 mm ausgeschnitten. Jeweils sechs Streifen wurden aufeinander gelegt und auf einem Gerät des Typs BE 62 der Fa. Bareiss Prüfgerätebau GmbH die Shore A-Härte nach ASTM D 2240 bestimmt. Jede Messung gibt den Mittelwert aus fünf Einzelmessungen wieder.17 Hours after pouring the films had dried so far that they could be pulled off the glass plate. From the movies strips measuring 15x40 mm were cut out. Each six strips were placed on top of each other and on a device of type BE 62 from Bareiss Prüfgerätebau GmbH the Shore A hardness is determined according to ASTM D 2240. Every measurement returns the average of five individual measurements.
Das
Beispiel wurde wiederholt. (Beispiel 1 und 2) Tabelle: ShoreA Härten, gemessen
in definierten Zeitabständen
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