DE102008038899A1 - Aqueous polyurethane-polyurethane urea dispersion based on di- or higher-functional polyols, di- or poly-isocyanate components, and mixture of primary and/or secondary mono- or di-amino compounds, useful e.g. to produce rubber materials - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft wässrige Dispersionsklebstoffe auf Basis wässriger Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen, ein Verfahren zu deren Herstellung, sowie die Verwendung der Dispersionsklebstoffe zur Herstellung von Klebstoffverbünden.The The invention relates to aqueous dispersion adhesives based on aqueous polyurethane-polyurethaneurea dispersions, a process for their preparation, as well as the use of dispersion adhesives for Production of adhesive composites.
Die Herstellung wässriger Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen ist bekannt. Bei der Verwendung solcher Dispersionen zum Kleben von Substraten wird häufig nach dem Thermoaktivierverfahren gearbeitet. Hierbei wird die Dispersion auf das Substrat aufgebracht und nach vollständiger Verdunstung des Wassers wird die Klebstoffschicht durch Erwärmen, z. B. mit einem Infrarotstrahler, aktiviert und in einen klebfähigen Zustand überführt. Die Temperatur, bei der der Klebstofffilm klebrig wird, bezeichnet man als Aktiviertemperatur. Im Allgemeinen wird eine möglichst niedrige Aktiviertemperatur angestrebt, da bei hohen Aktiviertemperaturen ein ungünstig hoher Energieaufwand erforderlich und das manuelle Fügen erschwert bis unmöglich wird.The Preparation of aqueous polyurethane-polyurethaneurea dispersions is known. When using such dispersions for gluing Of substrates is often after the thermal activation process worked. In this case, the dispersion is applied to the substrate and after complete evaporation of the water, the Adhesive layer by heating, z. B. with an infrared radiator, activated and converted into a sticky state. The temperature at which the adhesive film becomes sticky indicates one as activating temperature. In general, one is possible low activation temperature, since at high activation temperatures an unfavorably high energy consumption required and the Manual joining makes it difficult until it becomes impossible.
Klebstoffe
auf Basis von wässrigen Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen,
welche für die Anwendung des Thermoaktivierverfahrens geeignet
sind, werden in der
Ebenso
beschreibt die
In
der
Ein wesentlicher Nachteil dieser im Stand der Technik beschriebenen Dispersion-Klebstoffe ist ihre nicht ausreichende Anfangswärmefestigkeit. Außerdem zeigen diese bei einkomponentiger Klebung einen nicht ausreichenden Wärmestand, wobei einkomponentig im Rahmen der vorlie genden Erfindung bedeutet, dass vor der Applikation keine zusätzliche Polyisocyanatverbindung als Vernetzerkomponente zugegeben wird.One significant disadvantage of this described in the prior art Dispersion adhesives is their insufficient initial heat resistance. Moreover, these do not show one-component bonding sufficient heat, with one-component in the frame The present invention means that before the application no additional polyisocyanate compound as crosslinker component is added.
Einen
weiteren Weg zur Herstellung von wässrigen Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen, welche
als Klebstoff insbesondere nach dem Thermoaktivierverfahren geeignet
sind, offenbart die
In
der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand somit in der Bereitstellung von Dispersionsklebstoffen auf Basis von emulgatorfrei hergestellten Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen, aus denen durch Verdunstung oder andersartige (z. B. Aufsaugen des Wassers durch das an sich saugfähige Substrat oder ein saugfähiges Hilfsmittel) Entfernung des Wassers Filme erhalten werden können, die über eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anfangswärmefestigkeit und einen verbesserten hohen Wärmestand verfügen.The object of the present invention was therefore to provide dispersion adhesives based on emulsifier-free polyurethane-polyurethane urea dispersions, from which by evaporation or other type (eg., Absorbing the water by the inherently absorbent substrate or an absorbent aid) removal of the Water films can be obtained, which have over the prior art improved initial heat resistance and improved high heat resistance feature.
Überraschend wurde nun gefunden, dass die nachstehend beschriebene, emulgatorfrei hergestellte wässrige Polyurethan-Polyharnstoff-Dispersion sich als Klebstoffrohstoff eignet und die aus dieser durch Verdunstung oder andersartige Entfernung des Wassers erhaltene thermoaktivierbare Filme über eine, gegenüber dem Stand der Technik, verbesserte Anfangswärmefestigkeit und einen verbesserten hohen Wärmestand verfügen. Die erfindungsgemäße Dispersion ist als solche stabil und benötigt keine externe Emulgatoren.Surprised it has now been found that the emulsifier-free described below prepared aqueous polyurethane-polyurea dispersion is suitable as an adhesive raw material and from this by evaporation or otherwise removing the water obtained thermoactivatable Films about one, compared to the state of the art, improved initial heat resistance and improved high heat level. The inventive Dispersion is stable as such and requires no external Emulsifiers.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit wässrige Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen auf Basis von
- A) einem oder mehreren di- oder höherfunktionellen Polyol/en mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis 5000 Dalton,
- B) gegebenenfalls einer oder mehreren di- oder höherfunktionellen Polyolkomponente/n mit einem Molekulargewicht von 62 bis 399 Dalton,
- C) einer oder mehreren im Sinne der Isocyanatpolyadditionsreaktion mono-funktionellen Verbindungen mit einem Ethylenoxidgehalt von mindestens 50 Gew.-% und einem Molekulargewicht von mindestens 400 Dalton,
- D) einer oder mehreren Di- oder Polyisocyanatkomponente/n und
- E) einer Mischung E) aus primären und/oder sekundären Monoaminoverbindungen E1) und aus primären und/oder sekundären Diaminoverbindungen E2),
- A) one or more di- or higher-functional polyol (s) having an average molecular weight of from 400 to 5,000 daltons,
- B) optionally one or more di- or higher-functional polyol component (s) having a molecular weight of 62 to 399 daltons,
- C) one or more monofunctional compounds in the sense of the isocyanate polyaddition reaction having an ethylene oxide content of at least 50% by weight and a molecular weight of at least 400 daltons,
- D) one or more di- or polyisocyanate component / s and
- E) a mixture E) of primary and / or secondary monoamino compounds E1) and of primary and / or secondary diamino compounds E2),
Geeignete di- oder höherfunktionelle Polyole A) sind Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen und einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis 5000 Dalton. Beispiele für geeignete Aufbaukomponenten sind Polyether, Polyester, Polycarbonate, Polylactone oder Polyamide. Bevorzugte Polyole A) weisen 2 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 Hydroxylgruppen auf. Auch Gemische verschiedener derartiger Verbindungen kommen in Frage.suitable di- or higher-functional polyols A) are compounds with at least two isocyanate-reactive Hydrogen atoms and an average molecular weight of 400 to 5000 daltons. Examples of suitable structural components are polyethers, polyesters, polycarbonates, polylactones or polyamides. Preferred polyols A) have 2 to 4, more preferably 2 to 3 hydroxyl groups on. Also mixtures of various such compounds come into question.
Als Polyesterpolyole kommen insbesondere lineare Polyesterdiole oder auch schwach verzweigte Polyesterpolyole in Betracht, wie sie in bekannter Weise aus aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Di- oder Polycarbonsäuren, wie z. B. Bernstein-, Methylbernstein-, Glutar-, Adipin-, Pimelin-, Kork-, Azelain-, Sebacin-, Nonandicarbon-, Decandicarbon-, Terephthal-, Isophthal-, o-Phthal-, Tetrahydrophthal-, Hexahydrophthal-, Cyclohexandicarbon-, Malein-, Fumar-, Malon- oder Trimellitsäure sowie Säureanhydride, wie o-Phthal-, Trimellit- oder Bernsteinsäureanhydrid oder deren Gemische mit mehrwertigen Alkoholen, wie z. B. Ethandiol, Di-, Tri-, Tetraethylenglykol, 1,2-Propandiol, Di-, Tri-, Tetrapropylenglykol, 1,3-Propandiol, Butandiol-1,4, Butandiol-1,3, Butandiol-2,3, Pentandiol-1,5, Hexandiol-1,6, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 1,4-Dihydroxycyclohexan, 1,4-Dimethylolcyclohexan, Octandiol-1,8, Decandiol-1,10, Dodecandiol- 1,12 oder deren Gemische, gegebenenfalls unter Mitverwendung höherfunktioneller Polyole, wie Trimethylolpropan, Glycerin oder Pentaerythrit, hergestellt werden können. Als mehrwertige Alkohole zur Herstellung der Polyesterpolyole kommen natürlich auch cycloaliphatische und/oder aromatische Di- und Polyhydroxylverbindungen in Frage. Anstelle der freien Polycarbonsäure können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester von niedrigen Alkoholen oder deren Gemische zur Herstellung der Polyester verwendet werden.When Polyester polyols are in particular linear polyester diols or also weakly branched polyester polyols, as in known manner from aliphatic, cycloaliphatic or aromatic di- or polycarboxylic acids, such as. Amber, methyl amber, Glutaric, adipic, pimelic, cork, azelaic, sebacic, nonandicarboxylic, Decandicarbon, terephthalic, isophthalic, o-phthalic, tetrahydrophthalic, Hexahydrophthalic, cyclohexanedicarboxylic, maleic, fumaric, malonic or Trimellitic acid and acid anhydrides, such as o-phthalic, Trimellitic or succinic anhydride or mixtures thereof with polyhydric alcohols, such as. B. ethanediol, di-, tri-, tetraethylene glycol, 1,2-propanediol, di-, tri-, tetra-propylene glycol, 1,3-propanediol, Butanediol-1,4, butanediol-1,3, butanediol-2,3, pentanediol-1,5, hexanediol-1,6, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 1,4-dihydroxycyclohexane, 1,4-dimethylolcyclohexane, Octanediol-1,8, decanediol-1,10, dodecanediol-1,12 or mixtures thereof, optionally with the concomitant use of higher-functional polyols, such as trimethylolpropane, glycerol or pentaerythritol can be. As polyhydric alcohols for the production Of course, the polyester polyols are also cycloaliphatic and / or aromatic di- and polyhydroxyl compounds in question. In place of the free polycarboxylic acid can also the corresponding polycarboxylic anhydrides or corresponding Polycarboxylic acid esters of lower alcohols or their Mixtures are used to make the polyester.
Selbstverständlich kann es sich bei den Polyesterpolyolen auch um Homo- oder Mischpolymerisate von Lactonen handeln, die bevorzugt durch Anlagerung von Lactonen oder Lactongemischen, wie Butyrolacton, ε-Caprolacton und/oder Methyl-ε-caprolacton an die geeignete di- und/oder höherfunktionelle Startermoleküle, wie z. B. die vorstehend als Aufbaukomponenten für Polyesterpolyole genannten, niedermolekularen, mehrwertigen Alkohole erhalten werden. Die entsprechenden Polymerisate des ε-Caprolacton sind bevorzugt.Of course It may be in the polyester polyols also homopolymers or copolymers of Lactones act, preferably by addition of lactones or Lactone mixtures, such as butyrolactone, ε-caprolactone and / or Methyl ε-caprolactone to the appropriate di- and / or higher functional Starter molecules, such as. B. the above as structural components for polyester polyols, low molecular weight, polyvalent Alcohols are obtained. The corresponding polymers of ε-caprolactone are preferred.
Besonders bevorzugt sind weitgehend lineare Polyesterpolyole, die als Aufbaukomponenten Adipinsäure und Butandiol-1,4 und/oder Hexandiol-1,6 und/oder 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol enthalten.Especially preferred are largely linear polyester polyols, as structural components Adipic acid and 1,4-butanediol and / or 1,6-hexanediol and / or 2,2-dimethyl-1,3-propanediol.
Auch Hydroxylgruppen aufweisende Polycarbonate kommen als Polyhydroxylkomponenten in Betracht, z. B. solche, die durch Umsetzung von Diolen wie 1,4-Butandiol und/oder 1,6-Hexandiol mit Diarylcarbonaten, wie z. B. Diphenylcarbonat, Dialkylcarbonaten, wie z. B. Dimethylcarbonat oder Phosgen hergestellt werden können. Durch die zumindest teilweise Verwendung von Hydroxylgruppen aufweisenden Polycarbonaten kann die Hydrolysebeständigkeit der erfindungsgemäßen Dispersionsklebstoffe verbessert werden.Also, hydroxyl-containing polycarbonates come as polyhydroxyl components into consideration, for. As those obtained by reacting diols such as 1,4-butanediol and / or 1,6-hexanediol with diaryl carbonates, such as. B. diphenyl carbonate, dialkyl carbonates, such as. As dimethyl carbonate or phosgene can be. The at least partial use of hydroxyl-containing polycarbonates, the hydrolysis resistance of the dispersion adhesives of the invention can be improved.
Bevorzugt sind Polycarbonate, die durch Umsetzung von 1,6-Hexandiol mit Dimethylcarbonat hergestellt wurden.Prefers are polycarbonates prepared by reacting 1,6-hexanediol with dimethyl carbonate were manufactured.
Als Polyetherpolyole geeignet sind z. B. die Polyadditionsprodukte der Styroloxide, des Ethylenoxids, Propylenoxids, Tetrahydrofurans, Butylenoxids, Epichlorhydrins, sowie ihre Mischadditions- und Pfropfprodukte, sowie die durch Kondensation von mehrwertigen Alkoholen oder Mischungen derselben und die durch Alkoxylierung von mehrwertigen Alkoholen, Aminen und Aminoalkoholen gewonnenen Polyetherpolyole. Als Aufbaukomponenten A) geeignete Polyetherpolyole sind die Homo-, Misch- und Pfropfpolymerisate des Propylenoxids und des Ethylenoxids, welche durch Anlagerung der genannten Epoxide an niedermolekulare Di- oder Triole, wie sie oben als Aufbaukomponenten für Polyesterpolyole genannt werden oder an höherfunktionellen niedermolekularen Polyolen wie z. B. Pentaerythrit oder Zucker oder an Wasser zugänglich sind.When Polyether polyols are suitable for. B. the polyaddition products of Styrene oxides, ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, Butylene oxides, epichlorohydrins, and their mixed addition and grafting products, as well as by condensation of polyhydric alcohols or mixtures same and by alkoxylation of polyhydric alcohols, Amines and amino alcohols obtained polyether polyols. As structural components A) suitable polyether polyols are the homo-, mixed and graft polymers of propylene oxide and ethylene oxide, which by addition said epoxides of low molecular weight di- or triols, as they mentioned above as structural components for polyester polyols or higher functional low molecular weight polyols such as As pentaerythritol or sugar or accessible to water are.
Besonders bevorzugte di- oder höherfunktionelle Polyole A) sind Polyesterpolyole, Polylactone oder Polycarbonate, ganz besonders bevorzugt sind Polyesterpolyole der oben genannten Art.Especially preferred di- or higher-functional polyols A) are polyester polyols, Polylactones or polycarbonates, very particularly preferred are polyester polyols of the above kind.
Als Aufbaukomponente B) geeignet sind di- oder höherfunktionelle Polyolkomponenten mit einem Molekulargewicht von 62 bis 399 Dalton wie beispielsweise Polyether, Polyester, Polycarbonate, Polylactone oder Polyamide, soweit sie ein Molekulargewicht von 62 bis 399 Dalton aufweisen.When Construction component B) are di- or higher functional Polyol components having a molecular weight of 62 to 399 daltons such as polyethers, polyesters, polycarbonates, polylactones or polyamides, as far as they have a molecular weight of 62 to 399 daltons exhibit.
Weitere geeignete Komponenten sind die unter A) zur Herstellung der Polyesterpolyole genannten mehrwertigen, insbesondere zweiwertigen Alkohole sowie weiterhin niedermolekulare Polyesterdiole wie z. B. Adipinsäure-bis-(hydroxyethyl)-ester oder kurzkettige auf aromatischen Diolen gestartete Homo- und Mischadditionsprodukte des Ethylenoxid oder des Propylenoxid. Beispiele für aromatische Diole, die als Starter für kurzkettige Homo- und Mischpolymerisate des Ethylenoxid oder des Propylenoxid Verwendung finden können, sind z. B. 1,4-, 1,3-, 1,2-Dihydroxybenzol oder 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A).Further suitable components are those under A) for the preparation of the polyester polyols polyhydric, especially dihydric alcohols mentioned as well as continue low molecular weight polyester diols such. B. adipic acid bis (hydroxyethyl) ester or short-chain homo- and mixed addition products started on aromatic diols of ethylene oxide or propylene oxide. Examples of aromatic Diols used as starters for short-chain homopolymers and copolymers of ethylene oxide or propylene oxide can be used z. For example, 1,4-, 1,3-, 1,2-dihydroxybenzene or 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (Bisphenol A).
Im
Sinne der Isocyanatpolyadditionsreaktion monofunktionelle Verbindungen
mit einem Ethylenoxidgehalt von mindestens 50 Gew.-% und einem Molekulargewicht
von mindestens 400 Dalton, kommen als Aufbaukomponente C) in Frage.
Komponente C) ist eine hydrophile Aufbaukomponente zum Einbau endständiger,
hydrophiler Ethylenoxid-Einheiten aufweisender Ketten der Formel
(I),
R
für einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 12
Kohlenstoffatomen, bevorzugt einen ursubstituierten Alkylrest mit
1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht,
X für eine Polyalkylenoxidkette
mit 5 bis 90, bevorzugt 20 bis 70 Kettengliedern, welche zumindest
zu 51%, bevorzugt zumindest zu 65% aus Ethylenoxid-Einheiten bestehen
und die neben Ethylenoxid-Einheiten aus Propoylenoxid-, Buylenoxid-
oder Styroloxid-Einheiten bestehen können, wobei unter
den letztgenannten Einheiten Propylenoxid-Einheiten bevorzugt sind,
steht und
Y/Y' für Sauerstoff oder auch für
-NR'- steht, wobei R' bezüglich seiner Definition R oder
Wasserstoff entspricht.For the purposes of the isocyanate polyaddition monofunctional compounds having an ethylene oxide content of at least 50 wt .-% and a molecular weight of at least 400 daltons, are suitable as the starting component C) in question. Component C) is a hydrophilic synthesis component for incorporation of terminal hydrophilic ethylene oxide units containing chains of the formula (I),
R is a monovalent hydrocarbon radical having 1 to 12 carbon atoms, preferably an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms,
X is a polyalkylene oxide chain with 5 to 90, preferably 20 to 70 chain members which consist of at least 51%, preferably at least 65% of ethylene oxide units and which may consist of ethylene oxide units of propylene oxide, Buylenoxid- or styrene oxide units, among the latter units propylene oxide units are preferred, and
Y / Y 'is oxygen or also -NR'-, where R' corresponds to its definition R or hydrogen.
Die
Herstellung der monofunktionellen, hydrophilen Aufbaukomponenten
erfolgt in Analogie zu den in der
Bevorzugt als Aufbaukomponenten C) sind die Mischpolymerisate des Ethylenoxids mit Propylenoxid mit einem Ethylenoxidmassenanteil größer 50%, besonders bevorzugt von 65 bis 89%. In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Aufbaukomponenten C) Verbindungen mit einem Molekulargewicht von mindestens 400 Dalton, bevorzugt von 1000 bis 4500 Dalton, besonders bevorzugt von 1500 bis 3500 Dalton und ganz besonders bevorzugt von 2000 bis 2500 Dalton eingesetzt.Prefers as structural components C) are the copolymers of ethylene oxide with propylene oxide having an ethylene oxide mass fraction greater 50%, more preferably from 65 to 89%. In a preferred embodiment are used as synthesis components C) compounds having a molecular weight of at least 400 daltons, preferably from 1000 to 4500 daltons, especially preferably from 1500 to 3500 daltons, and most preferably used from 2000 to 2500 daltons.
Als Aufbaukomponenten D) sind beliebige organische Verbindungen geeignet, die mindestens zwei freie Isocyanatgruppen pro Molekül aufweisen. Bevorzugt werden Diisocyanate Y(NCO)2 eingesetzt, wobei Y für einen zweiwertigen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen zweiwertigen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15 Kohlenstoff-Atomen, einen zweiwertigen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15 Kohlenstoff-Atomen oder einen zweiwertigen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele derartiger bevorzugt einzusetzender Diisocyanate sind Tetramethylendiisocyanat, Methylpentamethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Dodecamethylendiisocyanat, 1,4-Diisocyanato-cyclohexan, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan, 4,4'-Diisocyanato-dicyclohexyl-methan, 4,4'-Diisocyanato-dicyclohexylpropan-(2,2), 1,4-Diisocyanatobenzol, 2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, 2,2'- und 2,4'-Diisocyanatodiphenylmethan, Tetramethylxylylendiisocyanat, p-Xylylendiisocyanat, p-Isopropylidendiisocyanat sowie aus diesen Verbindungen bestehende Gemische.As structural components D) any organic compounds are suitable which have at least two free isocyanate groups per molecule. Preference is given to using diisocyanates Y (NCO) 2 , where Y is a divalent aliphatic hydrocarbon radical having 4 to 12 carbon atoms, a dihydric cycloaliphatic hydrocarbon radical having 6 to 15 carbon atoms, a bivalent aromatic hydrocarbon radical having 6 to 15 carbon atoms or a divalent araliphatic hydrocarbon radical having 7 to 15 carbon atoms. Examples of such preferably used diisocyanates are tetramethylene diisocyanate, methylpentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, 1,4-diisocyanato-cyclohexane, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexane, 4,4'-diisocyanato-dicyclohexyl-methane , 4,4'-diisocyanato-dicyclohexylpropane (2,2), 1,4-diisocyanatobenzene, 2,4-diisocyanatotoluene, 2,6-diisocyanatotoluene, 4,4'-diisocyanato-diphenylmethane, 2,2'- and 2 , 4'-diisocyanatodiphenylmethane, tetramethylxylylene diisocyanate, p-xylylene diisocyanate, p-isopropylidene diisocyanate and mixtures consisting of these compounds.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die in der Polyurethanchemie an sich bekannten höherfunktionellen Polyisocyanate oder auch an sich bekannte modifizierte, beispielsweise Carbodiimidgruppen, Allophanatgruppen, Isocyanuratgruppen, Urethangruppen und/oder Biuretgruppen aufweisende Polyisocyanate anteilig mitzuverwenden.It is of course also possible in the Polyurethane chemistry per se known higher functional Polyisocyanates or known per se modified, for example Carbodiimide groups, allophanate groups, isocyanurate groups, urethane groups and / or biuret polyisocyanates partially share.
Bevorzugte Diisocyanate D) sind aliphatische und araliphatische Diisocyanate wie Hexamethylendiisocyanat, 1,4-Diisocyanato-cyclohexan, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan, 4,4'-Diisocyanato-dicyclohexyl-methan oder 4,4'-Diisocyanato-dicyclohexylpropan-(2,2) sowie aus diesen Verbindungen bestehende Gemische.preferred Diisocyanates D) are aliphatic and araliphatic diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate, 1,4-diisocyanato-cyclohexane, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexane, 4,4'-diisocyanato-dicyclohexylmethane or 4,4'-diisocyanato-dicyclohexylpropane (2,2) and mixtures consisting of these compounds.
Besonders bevorzugte Aufbaukomponenten D) sind Gemische aus Hexamethylendiisocyanat und 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan.Especially preferred structural components D) are mixtures of hexamethylene diisocyanate and 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane.
Das den erfindungsgemäßen Dispersionen zugrunde liegende Polymer enthält ionische oder potentiell ionische Gruppen zur Hydrophilierung, die entweder kationischer oder anionischer Natur sein können. Bevorzugt sind Sulfonat- und Carboxylat-Gruppen. Alternativ können auch solche Gruppen eingesetzt werden, die durch Salzbildung in die vorgenannten ionischen Gruppen überführt werden können (potentiell ionische Gruppen). Die hydrophilen Gruppen werden über die Komponenten E1) und/oder E2) in das Polymer eingeführt.The underlying the dispersions of the invention Polymer contains ionic or potentially ionic groups for hydrophilization, either cationic or anionic Nature can be. Preferred are sulfonate and carboxylate groups. Alternatively, such groups can also be used which converted by salt formation in the aforementioned ionic groups can be (potentially ionic groups). The hydrophilic ones Groups are via the components E1) and / or E2) in introduced the polymer.
Als Aufbaukomponente E) kommt eine Mischung aus primären und/oder sekundären Monoaminoverbindungen E1) und aus primären und/oder sekundären Diaminoverbindungen E2) in Frage, wobei mindestens einer der Komponenten E1) und/oder E2) Sulfonsäure- und/oder Carboxylgruppen tragen.When Building component E) comes a mixture of primary and / or secondary monoamine compounds E1) and from primary and / or secondary diamino compounds E2) in question, wherein at least one of the components E1) and / or E2) sulfonic acid and / or carry carboxyl groups.
Beispiele für E1) sind aliphatische und/oder alicyclische primäre und/oder sekundäre Monoamine wie Ethylamin, Diethylamin, die isomeren Propyl- und Butylamine, höhere linear-aliphatische Monoamine und cycloaliphatische Monoamine wie Cyclohexylamin. Weitere Beispiele für E1) sind Aminoalkohole, d. h. Verbindungen, die in einem Molekül Amino- und Hydroxylgruppen enthalten, wie z. B. Ethanolamin, N-Methylethanolamin, Diethanolamin und 2-Propanolamin. Weitere Beispiele für E1) sind Monoaminoverbindungen, die zusätzlich Sulfonsäure- und/oder Carboxylgruppen tragen, wie beispielsweise Taurin, Glycin oder Alanin. Selbstverständlich können auch Mischungen mehrerer Monoaminoverbindungen E1) eingesetzt werden.Examples for E1) are aliphatic and / or alicyclic primary and / or secondary monoamines such as ethylamine, diethylamine, the isomeric propyl and butylamines, higher linear aliphatic Monoamines and cycloaliphatic monoamines such as cyclohexylamine. Further Examples of E1) are amino alcohols, i. H. Links, containing amino and hydroxyl groups in one molecule, such as For example, ethanolamine, N-methylethanolamine, diethanolamine and 2-propanolamine. Further examples of E1) are monoamino compounds which additionally sulfonic acid and / or carboxyl groups such as taurine, glycine or alanine. Of course also mixtures of several monoamino compounds E1) be used.
Bevorzugte Aufbaukomponenten E1) sind Diethylamin, Ethanolamin oder Diethanolamin. Besonders bevorzugte Aufbaukomponenten E1) sind Ethanolamin oder Diethanolamin.preferred Construction components E1) are diethylamine, ethanolamine or diethanolamine. Particularly preferred structural components E1) are ethanolamine or Diethanolamine.
Beispiele für E2) sind 1,2-Ethandiamin, 1,6-Hexamethylendiamin, 1-Amin-3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexan (Isophorondiamin), Piperazin 1,4-Diaminocyclohexan oder Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan. Weiterhin kommen Adipinsaeuredihydrazid, Hydrazin bzw. Hydrazinhydrat in Frage. Auch Polyamine wie Diethylentriamin können anstelle einer Diaminoverbindung als Aufbaukomponente E2) eingesetzt werden.Examples for E2) are 1,2-ethanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1-amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexane (Isophoronediamine), piperazine 1,4-diaminocyclohexane or bis (4-aminocyclohexyl) methane. Farther are adipic dihydrazide, hydrazine or hydrazine hydrate in question. Polyamines such as diethylenetriamine can also be used instead of Diaminoverbindung be used as structural component E2).
Weitere Beispiele für E2) sind Aminoalkohole, d. h. Verbindungen, die in einem Molekül Amino- und Hydroxylgruppen enthalten, wie z. B. 1,3-Diamino-2-propanol, N-(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin oder N,N-Bis(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin.Further Examples of E2) are amino alcohols, i. H. Links, containing amino and hydroxyl groups in one molecule, such as For example, 1,3-diamino-2-propanol, N- (2-hydroxyethyl) ethylenediamine or N, N-bis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine.
Ebenfalls geeignete Verbindungen E2) sind Diaminoverbindungen, die zusätzlich Sulfonat- und/oder Carboxylatgruppen tragen, wie beispielsweise die Natrium- oder Kaliumsalze der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure, der N-(3-Aminopropyl)-2-aminoethansulfonsäure, der N-(3-Aminoproyl)-3-aminopropansulfonsäure, der N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropansulfonsäure oder der analogen Carbonsäuren. Es können auch Mischungen mehrerer Diaminoverbindungen E2) eingesetzt werden.Also suitable compounds E2) are diamino compounds which are additionally Wear sulfonate and / or carboxylate groups, such as the sodium or potassium salts of N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid, N- (3-aminopropyl) -2-aminoethanesulfonic acid, N- (3-aminoproyl) -3-aminopropanesulfonic acid, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropanesulfonic acid or analogous carboxylic acids. It can also be mixtures several diamino compounds E2) are used.
Bevorzugte Aufbaukomponenten E2) sind 1,2-Ethandiamin, 1,6-Hexamethylendiamin, 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexan (Isophorondiamin), Piperazin, N-(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin, N,N-Bis(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin, das Natriumsalz der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure oder das Natriumsalz der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethancarbonsäure.Preferred structural components E2) are 1,2-ethanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1-Ami no-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexane (isophoronediamine), piperazine, N- (2-hydroxyethyl) ethylenediamine, N, N-bis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine, the sodium salt of N- ( 2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid or the sodium salt of N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanecarboxylic acid.
Besonders bevorzugte Aufbaukomponenten E2) sind N-(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin oder das Natriumsalz der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure.Especially preferred structural components E2) are N- (2-hydroxyethyl) ethylenediamine or the sodium salt of N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid.
Die mittlere Aminofunktionalität der Mischung E) beträgt zwischen 1,65 und 1,98, bevorzugt zwischen 1,75 und 1,98, besonders bevorzugt zwischen 1,78 und 1,95.The average amino functionality of the mixture E) is between 1.65 and 1.98, preferably between 1.75 and 1.98, especially preferably between 1.78 and 1.95.
Das Äquivalentverhältnis von NCO-Gruppen im NCO-Prepolymer zur Gesamtmenge der gegenüber Isocyanat reaktiven Amino- und Hydroxylgruppen der Mischung E) beträgt zwischen 1,04 und 1,9, bevorzugt zwischen 1,08 und 1,85, ganz besonders bevorzugt zwischen 1,11 und 1,8.The equivalent ratio of NCO groups in the NCO prepolymer to the total amount of isocyanate reactive amino and hydroxyl groups of the mixture E) is between 1.04 and 1.9, preferably between 1.08 and 1.85, especially preferably between 1.11 and 1.8.
Bevorzugt enthält die Mischung E) Monoaminoverbindungen E1), Diaminoverbindungen E2) mit Hydroxylgruppen und Diaminoverbindungen E2) mit Sulfonat- oder Carboxylatgruppen. Besonders bevorzugt enthält die Mischung E) Monoaminoalkohole E1), Diaminoalkohole E2) und Diaminoverbindungen E2) mit Sulfonatgruppen. Ganz besonders bevorzugt enthält die Mischung E) Diethanolamin, N-(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin und das Natriumsalz der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure.Prefers contains the mixture E) monoamino compounds E1), diamino compounds E2) with hydroxyl groups and diamino compounds E2) with sulfonate or carboxylate groups. Particularly preferably contains the Mixture E) monoamino alcohols E1), diamino alcohols E2) and diamino compounds E2) with sulfonate groups. Very particularly preferably contains the mixture E) diethanolamine, N- (2-hydroxyethyl) ethylenediamine and the sodium salt of N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid.
Der Gehalt an ionischen Gruppen beträgt zwischen 10 und 600 mmol pro kg Feststoff, bevorzugt zwischen 20 und 300 mmol, besonders bevorzugt zwischen 30 und 150 mmol pro kg Feststoff.Of the Content of ionic groups is between 10 and 600 mmol per kg of solid, preferably between 20 and 300 mmol, especially preferably between 30 and 150 mmol per kg of solid.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Komponenten A), B), C) und D), gegebenenfalls in Anwesenheit eines mit Wasser mischbaren, aber gegenüber Isocyanatgruppen inerten Lösungsmittels, in einem Rektor ganz oder teilweise vorgelegt und auf Temperaturen im Bereich von 50 bis 120°C aufgeheizt werden, anschließend die gegebenenfalls zu Beginn der Reaktion noch nicht zugegebe nen Bestandteile A), B), C) oder D) zudosiert werden, in einem zweiten Schritt die Kettenverlängerung mit der Mischung E) bei Temperaturen von 15 bis 60°C durchgeführt wird und vor, während oder nach der Kettenverlängerung die Überführung in die wässrige Phase erfolgt und das gegebenenfalls eingesetzte Lösungsmittel entfernt wird. Bevorzugt wird kein Lösungsmittel eingesetzt.object The present invention further provides a process for the production the aqueous polyurethane-polyurethaneurea dispersions according to the invention, characterized in that in a first step, the components A), B), C) and D), optionally in the presence of one with water miscible but isocyanate-inert solvent, submitted in full or in part to a rector and to temperatures be heated in the range of 50 to 120 ° C, then which may not be added at the beginning of the reaction Ingredients A), B), C) or D) are added, in a second Step up the chain extension with the mixture E) Temperatures of 15 to 60 ° C is carried out and before, during or after chain extension the conversion into the aqueous phase takes place and the optionally used solvent Will get removed. Preferably, no solvent is used.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Polyurethan-Polyharnstoff-Dispersonen kann in einer oder mehreren Stufen in homogener oder bei mehrstufiger Umsetzung, teilweise in disperser Phase durchgeführt werden. Nach vollständig oder teilweise durchgeführter Polyaddition erfolgt ein Dispergier-, Emulgier- oder Lösungsschritt. Im Anschluss erfolgt gegebenenfalls eine weitere Polyaddition oder Modifikation in disperser Phase. Zur Herstellung können sämtliche, aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren eingesetzt werden. Bevorzugt wird das Aceton-Verfahren verwendet.The Preparation of the inventive aqueous Polyurethane-polyurea may be in one or more Stages in homogeneous or multi-stage implementation, partly in Disperse phase can be performed. After complete or partially performed polyaddition takes place Dispersing, emulsifying or dissolving step. In connection If appropriate, another polyaddition or modification takes place in disperse phase. For the production, all, From the prior art known methods are used. Preferably, the acetone method is used.
Geeignete Lösungsmittel sind z. B. Aceton, Butanon, Tetrahydrofuran, Dioxan, Acetonitril, Dipropylenglykoldimethylether und 1-Methyl-2-pyrrolidon, bevorzugt sind Butanon oder Aceton, besonders bevorzugt ist Aceton. Die Lösungsmittel können nicht nur zu Beginn der Herstellung, sondern gegebenenfalls in Teilen auch später zugegeben werden. Es ist möglich, die Reaktion unter Normaldruck oder erhöhtem Druck durchzuführen.suitable Solvents are z. Acetone, butanone, tetrahydrofuran, Dioxane, acetonitrile, dipropylene glycol dimethyl ether and 1-methyl-2-pyrrolidone, preferred are butanone or acetone, more preferably acetone. The solvents can not just start the Production, but possibly also in parts later be added. It is possible the reaction under normal pressure or to apply increased pressure.
Zur Herstellung des Prepolymers werden die Einsatzmengen der Einzelkomponenten A) bis D) so bemessen, dass eine Isocyanatkennzahl von 1,05 bis 2,5, bevorzugt von 1,1 bis 1,5 resultiert. Der Isocyanatgehalt der Prepolymere liegt zwischen 0,3 und 3,0%, bevorzugt zwischen 0,7 und 1,5%, besonders bevorzugt zwischen 0,9 und 1,5%.to Production of the prepolymer are the amounts of the individual components A) to D) such that an isocyanate index of 1.05 to 2.5, preferably from 1.1 to 1.5 results. The isocyanate content of Prepolymers is between 0.3 and 3.0%, preferably between 0.7 and 1.5%, more preferably between 0.9 and 1.5%.
Es werden 50 bis 96 Gew.-Teile, bevorzugt 75 bis 96 Gew.-Teile der Komponente A), 0 bis 10 Gew.-Teile, bevorzugt 0 bis 5 Gew.-Teile der Komponente B), 0,1 bis 10 Gew.-Teile, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 0,8 bis 3,5 Gew.-Teile der Komponente C) und 3 bis 30 Gew.-Teile, bevorzugt 5 bis 18 Gew.-Teile der Komponente D) eingesetzt mit der Vorgabe, dass die Summe der Komponenten 100 ergibt.It are 50 to 96 parts by weight, preferably 75 to 96 parts by weight of Component A), 0 to 10 parts by weight, preferably 0 to 5 parts by weight component B), 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, particularly preferably 0.8 to 3.5 parts by weight of component C) and 3 to 30 parts by weight, preferably 5 to 18 parts by weight of the component D) with the requirement that the sum of the components 100 results.
Die Umsetzung der Komponenten A), B) und C) mit D) erfolgt, bezogen auf die Gesamtmenge an mit Isocyanaten reaktiven Gruppen, teilweise oder vollständig, bevorzugt aber vollständig. Der Umsetzungsgrad wird üblicherweise durch Verfolgung des NCO-Gehalts der Reaktionsmischung überwacht. Dazu können sowohl spektroskopische Messungen, z. B. Infrarot- oder Nahinfrarot-Spektren, Bestimmungen des Brechungsindex als auch chemische Analysen, wie Titrationen von entnommenen Proben vorgenommen werden.The reaction of components A), B) and C) with D) takes place, based on the total amount of isocyanate-reactive groups, partially or completely, but preferably completely. The degree of conversion is usually monitored by monitoring the NCO content of the reaction mixture. For this purpose, both spectroscopic measurements, z. As infrared or near-infrared spectra, determinations of refraction index as well as chemical analyzes, such as titrations of samples taken.
Zur Beschleunigung der Isocyanatadditionsreaktion können übliche Katalysatoren, wie sie zur Beschleunigung der NCO-OH-Reaktion dem Fachmann bekannt sind, eingesetzt werden. Beispiele sind Triethylamin, 1,4-Diazabicyclo-[2,2,2]-octan, Dibutylzinnoxid, Zinndioktoat oder Dibutylzinndilaurat, Zinn-bis-(2-ethylhexanoat) oder andere metallorganische Verbindungen.to Acceleration of the isocyanate addition reaction can be conventional Catalysts, as they are to accelerate the NCO-OH reaction the Those skilled in the art are used. Examples are triethylamine, 1,4-diazabicyclo [2,2,2] octane, dibutyltin oxide, tin dioctoate or Dibutyltin dilaurate, tin bis (2-ethylhexanoate) or other organometallic Links.
Die Kettenverlängerung mit der Mischung E) kann vor dem Dispergieren, während des Dispergierens oder nach dem Dispergieren durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt die Kettenverlängerung vor der Dispergierung.The Chain extension with the mixture E) can, before dispersing, during dispersing or after dispersing become. Preferably, the chain extension takes place before Dispersing.
Die Kettenverlängerung wird bei Temperaturen von 15 bis 60°C durchgeführt, bevorzugt von 25 bis 55°C, besonders bevorzugt von 40 bis 50°C.The Chain extension is at temperatures of 15 to 60 ° C carried out, preferably from 25 to 55 ° C, especially preferably from 40 to 50 ° C.
Der Begriff Kettenverlängerung im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet auch die Reaktionen der Monoaminoverbindungen E1), die infolge ihrer Monofunktionalität als Kettenabbrecher fungieren und somit nicht zu einer Zu-, sondern zu einer Abnahme des Molekulargewichtes führen. Dies gilt insbesondere auch für die Aminoalkohole E1), da deren Hydroxylgruppen im gewählten Temperaturbereich nicht oder nur zu einem sehr geringen Teil mit den Isocyanatgruppen reagieren.Of the Term chain extension in the context of the present invention also includes the reactions of the monoamino compounds E1), which act as chain terminators due to their monofunctionality and thus not to an increase, but to a decrease in molecular weight to lead. This applies in particular to the amino alcohols E1), since their hydroxyl groups in the selected temperature range not or only to a very small extent with the isocyanate groups react.
Die Komponente E) kann mit organischen Lösungsmitteln und/oder mit Wasser verdünnt dem Reaktionsgemisch zugegeben werden. Die Zugabe der aminischen Verbindungen E1) und E2) kann nacheinander in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig durch Zugabe einer Mischung erfolgen.The Component E) can with organic solvents and / or diluted with water to be added to the reaction mixture. The addition of the aminic compounds E1) and E2) can successively in in any order or at the same time by adding a mixture respectively.
Zwecks Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersion wird das Prepolymere, gegebenenfalls unter starker Scherung, wie z. B. starkem Rühren, entweder in das Dispergierwasser eingetragen oder man rührt umgekehrt das Dispergierwasser zu dem Prepolymeren. Anschließend kann dann, falls noch nicht in der homogenen Phase geschehen, die Kettenverlängerung erfolgen.For the purpose of Preparation of the dispersion of the invention is the prepolymer, optionally under high shear, such as. B. strong stirring, either added to the dispersing water or, conversely, the dispersing water is stirred into the prepolymer. Then, if not in the homogeneous Phase done, the chain extension done.
Nach der Dispergierung wird das gegebenenfalls eingesetzte organische Lösungsmittel, beispielsweise Aceton, abdestilliert.To the dispersion is the optionally used organic Solvent, for example acetone, distilled off.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt keine externen Emulgatoren eingesetzt.In the method according to the invention are preferred no external emulsifiers used.
Die Dispersionen haben einen Festkörpergehalt von 10 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 35 bis 60 Gew.-%.The Dispersions have a solids content of 10 to 70 Wt .-%, preferably 25 to 60 wt .-% and particularly preferably 35 bis 60% by weight.
Die erfindungsgemäßen Dispersionsklebstoffe können alleine oder mit den in der Beschichtungs- und Klebstofftechnologie bekannten Bindemitteln, Hilfsstoffen und Zugschlagstoffen, insbesondere Emulgatoren oder Lichtschutzmitteln wie UV-Absorbern oder sterisch gehinderte Aminen (HALS), weiterhin Antioxidantien, Füllstoffen oder Hilfsmitteln, z. B. Antiabsetzmittenl, Entschäumungs- und/oder Netzmitteln, Verlaufmitteln, Reaktiv-Verdünnern, Weichmachern, Katalysatoren, Hilfslösemitteln und/oder Verdickern und Additiven, wie beispielsweise Pigmente, Farbstoffe oder Mattierungsmittel eingesetzt werden. Auch klebrig machende Harze (”Tackifier”) können zugegeben werden.The Dispersion adhesives according to the invention can alone or with those in the coating and adhesive technology known binders, excipients and impact substances, in particular Emulsifiers or light stabilizers such as UV absorbers or steric hindered amines (HALS), furthermore antioxidants, fillers or aids, eg. Anti-settling agent, defoaming and / or wetting agents, leveling agents, reactive thinners, Plasticizers, catalysts, auxiliary solvents and / or Thickeners and additives, such as pigments, dyes or matting agents are used. Also sticky Resins ("tackifiers") can be added become.
Die Additive können dem erfindungsgemäßen Beschichtungssystem unmittelbar vor der Verarbeitung zugegeben werden. Es ist aber auch möglich, zumindest einen Teil der Additive vor, während oder nach der Dispergierung des Bindemittels zuzugeben.The Additives can the inventive Coating system can be added immediately before processing. But it is also possible, at least part of the additives before, during or after the dispersion of the binder admit.
Ebenfalls
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Klebstoffzusammensetzungen,
enthaltend die erfindungsgemäßen Polyurethan-Polyhanharnstoff-Dispersionen
sowie Polyisocyanatverbindungen mit mindestens zwei Isocyanatgruppen
pro Molekül. Die Vernetzer können vor der Anwendung
zugesetzt werden (2K-Verarbeitung). Bevorzugt werden in diesem Fall
Polyisocyanatverbindungen, die in Wasser emulgierbar sind. Dies
sind z. B. die in der
Die aus den erfindungsgemäßen wässrigen Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen erhaltenen Filme zeichnen sich durch niedrige Aktiviertemperaturen im Bereich von 40° bis 80°C, sehr guten Anfangswärmefestigkeiten von ≤ 2 mm/min, bevorzugt ≤ 1,5 mm/min und hohen Wärmeständen ≥ 90°C, bevorzugt ≥ 100°C, besonders bevorzugt ≥ 110°C aus. Darüber hinaus zeigen sie eine ausgezeichnete Haftung zu unterschiedlichsten Substraten wie zum Beispiel Holz, Leder, Textilien, unterschiedlichen Polyvinylchloridqualitäten (Hart-, Weich-PVC), zu Kautschuken oder Polyethylvinylacetat.The films obtained from the aqueous polyurethane-polyurethaneurea dispersions according to the invention are distinguished by low activation temperatures in the range from 40 ° to 80 ° C., very good initial heat resistance of ≦ 2 mm / min, preferably ≦ 1.5 mm / min and high heat levels ≥ 90 ° C, preferably ≥ 100 ° C, more preferably ≥ 110 ° C from. In addition, they show excellent adhesion to a wide variety of substrates such as wood, leather, textiles, different Polyvinylchloridqualitäten (hard, soft PVC), rubber or Polyethylvinylacetat.
Die Klebstoffzusammensetzungen, enthaltend die erfindungsgemäßen Dispersionen, eigenen sich zur Verklebung beliebiger Substrate wie z. B. Papier, Pappe, Holz, Textilien, Metall, Leder oder mineralischer Materialen. Besonders eignen sich die erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen zum Kleben von Gummimaterialien wie z. B. Natur- und Synthesekautschuken, verschiedenen Kunststoffen wie Polyurethanen, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, insbesondere weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid. Besonders bevorzugt ist die Verwendung zum Verkleben von Sohlen aus diesen Materialien, bevorzugt auf Basis von Polyvinylchlorid, besonders bevorzugt weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid oder von Polyethylvinylacetat- oder Polyurethan-Elastomerschaum mit Schuhschäften aus Leder oder Kunstleder. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen besonders geeignet zur Verklebung von Folien auf Basis Polyvinylchlorid oder weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid mit Holz.The Adhesive compositions containing the invention Dispersions are suitable for the bonding of any substrates such as z. As paper, cardboard, wood, textiles, metal, leather or mineral Materials. Particularly suitable are the inventive Adhesive compositions for bonding rubber materials such. As natural and synthetic rubbers, various plastics such Polyurethanes, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, in particular plasticizer-containing Polyvinyl chloride. Particularly preferred is the use for bonding soles of these materials, preferably based on polyvinyl chloride, especially preferably plasticized polyvinyl chloride or of polyethylvinyl acetate or polyurethane elastomer foam with shoe stems Leather or imitation leather. Furthermore, the adhesive compositions of the invention particularly suitable for bonding films based on polyvinyl chloride or plasticized polyvinyl chloride with wood.
Auch für Primeranwendungen sind die erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen geeignet.Also for primer applications are the invention Adhesive compositions suitable.
Klebstoffverbünde enthaltend mit den erfindungsgemäßen Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen verklebte Substrate sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.adhesive composites comprising with the polyurethane-polyurethane-urea dispersions according to the invention bonded substrates are also the subject of the present application.
Die Verarbeitung der erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzugen erfolgt nach den bekannten Methoden der Klebstofftechnologie bezüglich der Verarbeitung von wässrigen Dispersionsklebstoffen.The Processing of the adhesive compositions according to the invention takes place according to the known methods of adhesive technology the processing of aqueous dispersion adhesives.
BeispieleExamples
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert.below the invention will be explained in more detail with reference to the examples.
Die Anfangswärmefestigkeiten und die Wärmestände können nach folgenden Methoden bestimmt werden:The Initial heat resistance and heat levels can be determined by the following methods:
A) Bestimmung der AnfangswärmefestigkeitA) Determination of initial heat resistance
Die Anfangswärmefestigkeitsprüfung wird einkomponentig (ohne Vernetzer) durchgeführt.The Initial heat resistance test becomes one-component (without crosslinker) performed.
Prüfmaterial/PrüfkörperTest material / specimen
- a) Renolit-Folie (32052096 Strukton; Rhenolit AG, 67547 Worms/Deutschland) Abmessungen: 50 × 300 × 0,2mma) Renolite foil (32052096 strukton; rhenolite AG, 67547 Worms / Germany) Dimensions: 50 × 300 × 0.2mm
- b) Buchenholz (gehobelt) Abmessungen: 50 × 140 × 4,0 mmb) beechwood (planed) Dimensions: 50 × 140 × 4.0 mm
Klebung und MessungBonding and measurement
Die Prüfung erfolgt frühestens 14 Tage nach Herstellung der Klebstoffdispersion. Diese wird mit einem 200 μm-Rakel auf den Holzprüfkörper aufgetragen. Die Klebfläche beträgt 50 × 110 mm. Die Ablüftzeit des aufgetragenen Klebstoffes beträgt mindestens 3 Stunden bei Raumtemperatur. Anschließend werden die beiden Prüfkörper übereinander gelegt und 10 s bei 4 bar Druck bei 77°C gefügt. Unmittelbar anschließend wird der Prüfkörper ohne Gewicht 3 min bei 80°C getempert, danach 5 min bei 80°C mit 2,5 kg senkrecht zur Klebefuge (180°-Peel) belastet. Gemessen wird die Strecke, die sich die Verklebung gelöst hat, in Millimeter. Die Anfangswärmefestigkeit wird in mm/min angegeben.The Testing takes place at the earliest 14 days after production the adhesive dispersion. This is done with a 200 μm doctor blade applied to the wood test specimen. The adhesive surface is 50 × 110 mm. The flash off time of applied adhesive is at least 3 hours at room temperature. Subsequently, the two specimens are superimposed placed and 10 s at 4 bar pressure at 77 ° C added. Immediately thereafter, the specimen without weight for 3 min at 80 ° C annealed, then 5 min at 80 ° C with 2.5 kg perpendicular to the glue joint (180 ° peel) loaded. Measured is the distance, which solved the bonding has, in millimeters. The initial heat resistance is in mm / min.
B) Bestimmung des WärmestandesB) Determination of the heat level
- 1K-Klebung: Klebstoff ohne Vernetzer1K adhesive: adhesive without crosslinker
- 2K-Klebung: Klebstoff mit einem emulgierbaren Vernetzerisocyanat2K bond: adhesive with an emulsifiable crosslinker isocyanate
- 3 Teile Desmodur® DN auf 100 Teile Klebstoff werden intensiv homogenisiert.3 parts of Desmodur ® DN per 100 parts of adhesive are thoroughly homogenized.
- Empfohlene Einwaagemenge: 25 g Klebstoff und 0,75 g Vernetzer Recommended weight: 25 g of adhesive and 0.75 g of crosslinker
Prüfmaterial/PrüfkörperTest material / specimen
- a) Hart-PVC-Kaschierfolie (Benelitfolie, Benecke-Kaliko AG, Hannover/D) Abmessungen: 50 × 210 × 0,4 mma) rigid PVC laminating film (Benelit film, Benecke-Kaliko AG, Hanover / D) Dimensions: 50 × 210 × 0.4 mm
- b) Buchenholz (gehobelt) Abmessungen: 50 × 140 × 4,0 mmb) beechwood (planed) Dimensions: 50 × 140 × 4.0 mm
Klebung und MessungBonding and measurement
Die Klebstoffdispersion (1 K) bzw. die Mischung aus Klebstoffdispersion und Venetzerisocyanat (2 K) wird mittels eines Pinsels auf den Buchenholzprüfkörper aufgetragen. Die Klebfläche beträgt 50 × 110 mm. Nach einer Trocknungszeit von 30 Minuten bei Raumtemperatur wird eine zweite Klebstoffschicht über die erste aufgetragen und anschließend 60 min bei Raumtemperatur getrocknet. Anschließend werden die beiden Prüfkörper übereinander gelegt und 10 s bei 4 bar Druck und 90°C gefügt.The Adhesive dispersion (1 K) or the mixture of adhesive dispersion and Venetzerisocyanat (2 K) is applied by means of a brush on the Buchenholzprüfkörper applied. The adhesive surface is 50 × 110 mm. After a drying time of 30 minutes at room temperature a second layer of adhesive is applied over the first and then dried at room temperature for 60 minutes. Subsequently, the two specimens are superimposed placed and 10 s at 4 bar pressure and 90 ° C added.
Nach
dreitägiger Lagerung der Prüfkörper bei
Raumtemperatur werden die Prüfkörper mit 0,5 kg
im Winkel von 180° zur Klebefuge belastet. Starttemperatur
ist 50°C, nach 60 min wird die Temperatur um 10°C pro
Stunde bis maximal 120°C erhöht. Es wird jeweils
die Temperatur gemessen, bei der ein Klebeverbund sich vollständig
trennt. Einsatzstoffe
Beispiel 1 (erfindungsgemäß):Example 1 (according to the invention):
Eine
Mischung aus 450 g Polyester I, 42,51 g Polyester II und 5,58 g
Polyether I werden 1 Stunde bei 110°C und 15 mbar entwässert.
Bei 60°C werden 2,25 g 1,4-Butandiol, 37,82 g Desmodur® H und anschließend 24,99
g Desmodur® I zugegeben. Die Mischung
wird bei 80°C gerührt, bis ein konstanter Isocyanatgehalt von
1,13% (entspricht 6,39 g NCO bzw. 0,15 mol NCO) erreicht ist. Das
Reaktionsgemisch wird in 778 g Aceton gelöst und dabei
auf 50°C abgekühlt. In die homogene Lösung
wird eine Lösung aus 5,57 g Natriumsalz der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure
(0,029 mol), 0,89 g Diethanolamin (0,009 mol) und 1,14 g N-(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin
(0,011 mol) in 55 g Wasser unter kräftigem Rühren
gegeben. Nach 30 Minuten wird durch Zugabe von 530 g Wasser dispergiert.
Nach destillativer Abtrennung des Acetons wird eine lösemittelfreie,
wässrige Polyurethan-Polyharnstoff-Dispersion mit einen
Feststoffgehalt von 40,1 Gew.-% und einer mittlere Teilchengröße
der dispersen Phase, ermittelt durch Laserkorrelation, von 175 nm
erhalten.
Mittlere Aminofunktionalität: 1,82
NCO-Gruppen/(Amino-
+ Hydroxylgruppen) = 0,15/(0,089 + 0,029) = 1,27A mixture of 450 g of polyester I, 42.51 g of polyester II and 5.58 g of polyether I are dewatered for 1 hour at 110 ° C. and 15 mbar. At 60 ° C 2.25 g of 1,4-butanediol, 37.82 g of Desmodur ® H and then 24.99 g of Desmodur ® I are added. The mixture is stirred at 80 ° C until a constant isocyanate content of 1.13% (corresponding to 6.39 g NCO or 0.15 mol NCO) is reached. The reaction mixture is dissolved in 778 g of acetone and cooled to 50 ° C. To the homogeneous solution is added a solution of 5.57 g of sodium salt of N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid (0.029 mol), 0.89 g of diethanolamine (0.009 mol) and 1.14 g of N- (2-hydroxyethyl ) ethylenediamine (0.011 mol) in 55 g of water with vigorous stirring. After 30 minutes, it is dispersed by adding 530 g of water. After distillative removal of the acetone, a solvent-free, aqueous polyurethane-polyurea dispersion having a solids content of 40.1% by weight and an average particle size of the disperse phase, determined by laser correlation, of 175 nm is obtained.
Average amino functionality: 1.82
NCO groups / (amino + hydroxyl groups) = 0.15 / (0.089 + 0.029) = 1.27
Beispiel 2 (erfindungsgemäß):Example 2 (according to the invention):
Eine
Mischung aus 585 g Polyester I, 55,26 g Polyester II und 21,75 g
Polyether I werden 1 Stunde bei 110°C und 15 mbar entwässert.
Bei 60°C werden 2,93 g 1,4-Butandiol, 49,16 g Desmodur® H und anschließend 32,49
g Desmodur® I zugegeben. Die Mischung
wird bei 80°C gerührt, bis ein konstanter Isocyanatgehalt von
1,16% (entspricht 8,66 g NCO bzw. 0,206 mol NCO) erreicht ist. Das
Reaktionsgemisch wird in 1031 g Aceton gelöst und dabei
auf 50°C abgekühlt. In die homogene Lösung
wird eine Lösung aus 7,24 g Natriumsalz der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure
(0,029 mol), 0,48 g Diethanolamin (0,005 mol) und 1,48 g N-(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin
(0,014 mol) in 67 g Wasser unter kräftigem Rühren
gegeben. Nach 30 Minuten wird durch Zugabe von 1087 g Wasser dispergiert.
Nach destillativer Abtrennung des Acetons wird eine lösemittelfreie,
wässrige Polyurethan-Polyharnstoff-Dispersion mit einen
Feststoffgehalt von 40,3 Gew.-% und einer mittlere Teilchengröße
der dispersen Phase, ermittelt durch Laserkorrelation, von 141 nm
erhalten.
Mittlere Aminofunktionalität: 1,90
NCO-Gruppen/(Amino-
+ Hydroxylgruppen) = 0,206/(0,091 + 0,024) = 1,79 A mixture of 585 g of polyester I, 55.26 g of polyester II and 21.75 g of polyether I are dehydrated for 1 hour at 110 ° C and 15 mbar. At 60 ° C 2.93 g of 1,4-butanediol, 49.16 g of Desmodur ® H and then 32.49 g of Desmodur ® I are added. The mixture is stirred at 80 ° C until a constant isocyanate content of 1.16% (corresponding to 8.66 g NCO or 0.206 mol NCO) is reached. The reaction mixture is dissolved in 1031 g of acetone and cooled to 50 ° C. Into the homogeneous solution is added a solution of 7.24 g of sodium salt of N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid (0.029 mol), 0.48 g of diethanolamine (0.005 mol) and 1.48 g of N- (2-hydroxyethyl ) ethylenediamine (0.014 mol) in 67 g of water with vigorous stirring. After 30 minutes, it is dispersed by adding 1087 g of water. After distillative removal of the acetone, a solvent-free, aqueous polyurethane-polyurea dispersion having a solids content of 40.3% by weight and an average particle size of the disperse phase, determined by laser correlation, of 141 nm is obtained.
Average amino functionality: 1.90
NCO groups / (amino + hydroxyl groups) = 0.206 / (0.091 + 0.024) = 1.79
Beispiel 3 (erfindungsgemäß):Example 3 (according to the invention):
Eine
Mischung aus 450 g Polyester I und 15 g Polyether I werden 1 Stunde
bei 110°C und 15 mbar entwässert. Bei 60°C
werden 30,24 g Desmodur® H und
19,98 g Desmodur® I zugegeben.
Die Mischung wird bei 80°C gerührt, bis ein konstanter
Isocyanatgehalt von 0,98% (entspricht 5,05 g NCO bzw. 0,120 mol
NCO) erreicht ist. Das Reaktionsgemisch wird in 773 g Aceton gelöst
und dabei auf 50°C abgekühlt. In die homogene Lösung
wird eine Lösung aus 5,85 g Natriumsalz der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure
(0,031 mol), 0,42 g Diethanolamin (0,004 mol) und 1,11 g N-(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin
(0,011 mol) in 73 g Wasser unter kräftigem Rühren
gegeben. Nach 30 Minuten wird durch Zugabe von 730 g Wasser dispergiert.
Nach destillativer Abtrennung des Acetons wird eine lösemittelfreie,
wässrige Polyurethan-Polyharnstoff-Dispersion mit einen
Feststoffgehalt von 40,1 Gew.-% und einer mittlere Teilchengröße
der dispersen Phase, ermittelt durch Laserkorrelation, von 151 nm
erhalten.
Mittlere Aminofunktionalität: 1,91
NCO-Gruppen/(Amino-
+ Hydroxylgruppen) = 0,120/(0,088 + 0,019) = 1,12A mixture of 450 g of polyester I and 15 g of polyether I are dewatered for 1 hour at 110 ° C. and 15 mbar. At 60 ° C 30.24 g of Desmodur ® H and 19.98 g Desmodur ® I are added. The mixture is stirred at 80 ° C until a constant isocyanate content of 0.98% (corresponding to 5.05 g NCO or 0.120 mol NCO) is reached. The reaction mixture is dissolved in 773 g of acetone and cooled to 50 ° C. Into the homogeneous solution is added a solution of 5.85 g of sodium salt of N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid (0.031 mol), 0.42 g of diethanolamine (0.004 mol) and 1.11 g of N- (2-hydroxyethyl ) ethylenediamine (0.011 mol) in 73 g of water with vigorous stirring. After 30 minutes, it is dispersed by adding 730 g of water. After distillative removal of the acetone, a solvent-free, aqueous polyurethane-polyurea dispersion having a solids content of 40.1% by weight and an average particle size of the disperse phase, determined by laser correlation, of 151 nm is obtained.
Average amino functionality: 1.91
NCO groups / (amino + hydroxyl groups) = 0.120 / (0.088 + 0.019) = 1.12
Beispiel 4 (Vergleich):Example 4 (comparison):
Eine
Mischung aus 450 g Polyester I, 42,5 g Polyester II und 9,00 g Polyether
I werden 1 Stunde bei 110°C und 15 mbar entwässert.
Bei 60°C werden 2,25 g 1,4-Butandiol, 37,81 g Desmodur® H und anschließend 24,98
g Desmodur® I zugegeben. Die Mischung
wird bei 80°C gerührt, bis ein konstanter Isocyanatgehalt von
1,02% (entspricht 5,78 g NCO bzw. 0,138 mol NCO) erreicht ist. Das
Reaktionsgemisch wird in 782 g Aceton gelöst und dabei
auf 50°C abgekühlt. In die homogene Lösung
wird eine Lösung aus 6,25 g Natriumsalz der N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure
(0,033 mol), 1,24 g Diethanolamin (0,012 mol) und 1,23 g N-(2-Hydroxyethyl)-ethylendiamin
(0,012 mol) in 85 g Wasser unter kräftigem Rühren
gegeben. Nach 30 Minuten wird durch Zugabe von 504 g Wasser dispergiert.
Nach destillativer Abtrennung des Acetons wird eine lösemittelfreie,
wässrige Polyurethan-Polyharnstoff-Dispersion mit einen
Feststoffgehalt von 49,9 Gew.-% und einer mittlere Teilchengröße
der dispersen Phase, ermittelt durch Laserkorrelation, von 196 nm
erhalten.
Mittlere Aminofunktionalität: 1,79
NCO-Gruppen/(Amino-
+ Hydroxylgruppen) = 0,138/(0,102 + 0,036) = 1,00 Tabelle 1: Messung Anfangswärmefestigkeit
und Wärmestand
Average amino functionality: 1.79
NCO groups / (amino + hydroxyl groups) = 0.138 / (0.102 + 0.036) = 1.00 Table 1: Measurement of initial heat resistance and heat resistance
Die aus den erfindungsgemäßen wässrigen Polyurethan-Polyurethanharnstoff-Dispersionen erhaltenen Filme der Beispiele 1 bis 3 zeichnen sich im Gegensatz zu dem des Vergleichsbeispiels durch sehr gute Anfangswärmefestigkeiten von 0,4 bis 1,2 mm/min und hohe Wärmeständen ≥ 110°C aus.The from the aqueous polyurethane-polyurethaneurea dispersions according to the invention obtained films of Examples 1 to 3 are characterized in contrast to that of the comparative example by very good initial heat resistance from 0.4 to 1.2 mm / min and high heat levels ≥ 110 ° C out.
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