DE102009057600A1

DE102009057600A1 - Polyurethan-Prepolymere

Info

Publication number: DE102009057600A1
Application number: DE200910057600
Authority: DE
Inventors: Evelyn Dr. Peiffer; Mathias Dr. Matner
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-16
Also published as: WO2011069968A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Polyurethan-Prepolymere, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Anwendung als Bindemittel für Klebstoffe, Beschichtungen oder Schäume.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Polyurethan-Prepolymere, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Anwendung als Bindemittel für Klebstoffe, Beschichtungen, oder Schäume.
Alkoxysilanfunktionelle Polyurethane, die über eine Silanpolykondensation vernetzen, sind seit langem bekannt. Ein Übersichtsartikel zu dieser Thematik findet sich z. B. in "Adhesives Age" 4/1995, Seite 30 ff. (Autoren: Ta-Min Feng, B. A. Waldmann). Derartige alkoxysilanterminierte, feuchtigkeitshärtende Einkomponenten-Polyurethane werden in zunehmendem Maße als weichelastische Beschichtungs-, Dichtungs- und Klebmassen im Bauwesen und in der Automobilindustrie verwendet.
Solche alkoxysilanfunktionellen Polyurethane können gemäß US-A 3,627,722 oder DE-A 1 745 526 hergestellt werden, indem z. B. Polyetherpolyole mit einem Überschuss Polyisocyanat zu einem NCO-haltigen Prepolymer umgesetzt werden, das dann wiederum mit einem aminofunktionellen Alkoxysilan weiter umgesetzt wird.
Die Veröffentlichungen EP-A 0 397 036 , DE-A 19 908 562 (entspr. EP-A 1 093 482 ) und US-A 2002/0100550 beschreiben weitere unterschiedliche Wege zur Herstellung von alkoxysilanterminierten Polymeren. Gemäß dieser Schriften werden jeweils hochmolekulare Polyether mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 4000 g/mol oder größer eingesetzt.
Die Anmeldung EP-A 0 070 475 beschreibt die Herstellung und Verwendung von alkoxysilanterminierten Polymeren ausgehend von Wasserstoff aciden Prepolymeren durch Terminierung mit NCO-funktionellen Alkoxysilanen. Zur Prepolymersynthese werden Polyole mit einem Molgewicht von 500–6000 g/mol verwendet. Die beanspruchten Polymere werden als Bindemittel in Dichtstoffformulierungen, also weichelastischen Systemen, eingesetzt.
Ein analoges Verfahren wird in der Anmeldung DE-A 10 2007 058 344 beschrieben.
All diese alkoxysilanterminierten Systeme bilden nach der Aushärtung weichelastische Polymere mit einer relativ geringen Festigkeit und einer hohen Bruchdehnung. Die DE-A 1 745 526 beschreibt für Polyoxypropylenglykol-basierte Polymere Zugfestigkeiten im Bereich von 3,36 kg/cm² bis 28,7 kg/cm². Nur mit kristallisierenden Polycaprolactonen werden hohe Festigkeiten erreicht, die für strukturelle Klebungen ausreichend sind.
Diese Systeme sind aber bei Raumtemperatur sehr hochviskos oder fest und können daher nur warm verarbeitet werden.
Dementsprechend ist der Anwendungbereich der oben genannten Anmeldungen einerseits auf Dichtstoffe und weichelastische Klebstoffe, andererseits auf hochviskose oder feste Systeme, die nur warm verarbeitet werden können, beschränkt.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, bei Raumtemperatur flüssige, alkoxysilanterminierte Polyurethane zur Verfügung zu stellen, die ausgehärtet eine hohe Kohäsionsfestigkeit erreichen, so dass mit ihnen Klebstoffe formuliert werden können, die strukturelles Kleben ermöglichen.
Es wurde nun gefunden, dass sich derartige alkoxysilanterminierte Polyurethane herstellen lassen, indem aus einem Polyisocyanat und einer Mischung von Verbindungen mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen zunächst ein NCO-Prepolymer oder ein Prepolymer mit isocyanatreaktivem Wasserstoff hergestellt wird. Dabei liegen in der Mischung von Verbindungen mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen niedermolekulare, multifunktionelle isocyanatreaktiven Verbindungen mit einem Molekulargewicht ≤ 500 g/mol zu 1 bis 40 Gew.-% vor. Das erhaltene NCO-Prepolymer wird dann in einem zweiten Schritt mit einem isocyanatreaktiven Alkoxysilan modifiziert.
Gegenstand der Erfindung sind daher mit mit Alkoxysilangruppen modifizierte Polymere, die durch Umsetzung

a) eines isocyanatfunktionellen Prepolymers, welches Struktureinheiten der allgemeinen Formel (I) enthält,
worin PIC für einen um die Isocyanatgruppen reduzierten Rest eines Polyisocyanates (B) steht, Y¹ für Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel steht, R¹ entweder für ein freies Elektronenpaar oder Wasserstoff oder für einen beliebigen organischen Rest steht, A ein um die isocyanatreaktiven Gruppen reduzierter Rest eines Isocyanatreaktiven Polymers und niedermolekularer, multifunktioneller isocyanatreaktivern Verbindungen, das aus in beliebiger Reihenfolge, also blockweise, alternierend oder statistisch, über das aus den Polyisocyanaten B stammende Strukturelement der Formel -Y²–(C=O)-N-PIC-N-(C=O)-Y¹(R¹)- worin Y¹ und Y² unabhängig voneinander für Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel stehen, miteinander verknüpften niedermolekularen, multifunktionellen isocyanatreaktiven Verbindungen (A1) und Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polycarbonatpolyolen oder Polytetrahydrofuranpolyolen (A2) aufgebaut ist, wobei es sich bei den terminalen Gruppen dieser Substrukturen, ganz oder teilweise, auch um die entsprechenden Thioverbindungen oder Aminderivate handeln kann, wobei es sich zu 1 bis 40 Gew.-% um Substrukturen A1 eines mittleren Molekulargewichts (Mn) kleiner 500 g/mol und zu 60 bis 99 Gew.-% um Substrukturen A2 eines mittleren Molekulargewichts (Mn) von mehr als 500 g/mol handelt, und wobei A insgesamt eine mittlere Funktionalität von 2–6 aufweist, mit
b) einer isocyanatreaktiven Alkoxysilanverbindung (Komponente C) der allgemeinen Formel (II):
worin X¹, X² und X³ gleiche oder verschiedene Alkoxy- oder Alkylreste sind, die auch verbrückt sein können, wobei aber an jedem Si-Atom mindestens ein Alkoxyrest vorhanden sein muss, Q ein difunktioneller linearer oder verzweigter aliphatischer Rest ist, Y für Stickstoff oder Schwefel steht, R entweder für ein freies Elektronenpaar oder Wasserstoff oder für einen beliebigen organischen Rest steht

Dabei kann die Umsetzung von a) mit b) in einem Verhältnis von 0,8:1,0 bis zu 1,3:1,0 (NCO:Y-H) erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind nicht kristallisierende, bei Raumtemperatur flüssige Stoffe mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von kleiner 5000 g/mol, bevorzugt kleiner 4000 g/mol und einer Viskosität kleiner 700 Pas bei 23°C, bevorzugt kleiner 500 Pas bei 23°C.
Die Mischung isocyanatreaktiver Verbindungen (Komponente A) besteht zu 1–40% aus einer niedermolekularen, multifunktionellen isocyanatreaktiven Verbindung (A1) mit 2–6 isocyanatreaktiven Gruppen und einem zahlenmittleren Molekulargewicht von kleiner 500 g/mol und zu 60–99% aus einer isocyanatreaktiven Verbindung (A2) mit 2–6 isocyanatreaktiven Gruppen und einem zahlenmittleren Molekulargewicht von über 500 g/mol, wobei sowohl A1 als auch A2 jeweils aus Kombinationen von Verbindungen mit isocyanatreaktiven Gruppen bestehen kann, solange diese Verbindungen in die oben beschriebenen Grenzen bezüglich des Molekulargewichtes fallen.
Als Komponente A können alle dem Fachmann bekannten Verbindungen mit isocyanatreaktiven Gruppen eingesetzt werden, welche eine Funktionalität von im Mittel mindestens 2 aufweisen. Dies können für A1 beispielsweise niedermolekulare, multifunktionelle isocyanatreaktive Verbindungen wie aliphatische Polyole oder Polyamine, aromatische Polyole oder Polyamine sein und für A2 beispielsweise höhermolekulare isocyanatreaktive Verbindungen wie Polyetherpolyole, Polycarbonatpolyole, Polyesterpolyole sowie Polythioetherpolyole sein. Bevorzugt weisen solche isocyanatreaktiven Verbindungen eine mittlere Funktionalität von 2 bis 6, bevorzugt 2 bis 3,5 und besonders bevorzugt von 2 bis 3 auf.
Bevorzugt in Komponente A1 verwendet werden mehrwertige, vorzugsweise zweiwertige oder dreiwertige Alkoholen wie beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-/1,4-Butandiol, 1,3-/1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, Neopentylglykol, 1,4-Bis(hydroxymethyl)cyclohexan, Bis(hydroxymethyl)tricyclo[5.2.1.02.6]decan oder 1,4-Bis(2-hydroxyethoxy)benzol, 2-Methyl-1,3-propandiol, 2,2,4-Trimethylpentan-1,3-diol, 2-Ethyl-1,3-hexandiol, Dipropylenglykol, Polypropylenglykole, Dibutylenglykol, Polybutylenglykole, 1,4-Phenoldimethanol, Bisphenol A, Tetrabrombisphenol A, Glycerin, Trimethylolpropan, 1,2,6-Hexantriol, 1,2,4-Butantriol, Pentaerythrit, Chinit, Mannit, Sorbit, Methylglykosid und 4,3,6-Dianhydrohexite.
Geeignete Di- oder Triamine können sein aliphatische Amine z. B. Ethylendiamin, 1,2-Propylendiamin, 1,3-Propylendiamin, 1,4-Butandiamin, Neopentandiamin, 1,5-Diamino-2-methylpentan (Dytek^® A, DuPont), 2-Butyl-2-ethyl-1,5-pentandiamin, 1,6-Hexamethylendiamin, 2,5-Diamino-2,5-dimethylhexan, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethyl-1,6-diaminohexan, 1,8-Diaminooctan, 1,11-Diaminoundecan, 1,12-Diaminododecan, 4-Aminomethyl-1,8-octandiamin (Triaminononan), Diethylentriamin, Triethylentetramin, cycloaliphatische Amine wie z. B. 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexan (Isophorondiamin, IPDA), TCD-Diamin, 1,4-Cyclohexandiamin, 2,4- und/oder 2,6-Hexahydrotoluylendiamin (H₆TDA), Isopropyl-2,4-diaminocyclohexan und/oder Isopropyl-2,6-diaminocyclohexan, Tricyclodecanbis(methylamin), 1,3-Bis-(aminomethyl)cyclohexan, 2,4'- und/oder 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan (PACM 20), 3,3'-Dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexylmethan (Laromin^® C 260, BASF AG, DE), die Isomeren, eine Methylgruppe als Kernsubstituenten aufweisenden Diaminodicyclohexylmethane (wie z. B. C-Monomethyl-diaminodicyclohexylmethane), 3(4)-Aminomethyl-1-methylcyclohexylamin (AMCA) sowie araliphatische Di- oder Triamine, wie z. B. 1,3-Diaminobenzol, 1,4-Diaminobenzol, 2,4- und/oder 2,6-Diaminotoluol (TDA), 1,3-Bis-(aminomethyl)-benzol, 3,5-Diethyltoluol-2,4-diamin, m-Xylylendiamin. 4,6-Dimethyl-1,3-benzoldimethanamin, 4,4'- und/oder 2,4'- und/oder 2,2'-Methylenbisbenzolamin (MDA), oder Heteroatome enthaltende Amine, Dimerfettsäurediamin, Bis-(3-aminopropyl)-methylamin, 4,9-Dioxadodecan-1,12-diamin oder 4,7,10-Trioxatridecan-1,13-diamin.
Bevorzugt in Komponente A2 verwendet werden Polyetherpolyole. Diese sind in an sich bekannter Weise durch Alkoxylierung von geeigneten Starter-Molekülen unter Basenkatalyse oder Einsatz von Doppelmetallcyanidverbindungen (DMC-Verbindungen) zugänglich. Geeignete Starter-Moleküle für die Herstellung von Polyetherpolyolen sind Moleküle mit mindestens 2 gegenüber Epoxiden reaktiven Element-Wasserstoffbindungen oder beliebige Gemische derartiger Starter-Moleküle.
Besonders geeignete Polyetherpolyole sind solche der vorstehend genannten Art mit einem Gehalt an ungesättigten Endgruppen von kleiner oder gleich 0,02 Milliäquivalenten pro Gramm Polyol (meq/g), bevorzugt kleiner oder gleich 0,015 meq/g, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,01 meq/g (Bestimmungsmethode ASTM D2849-69).
Dies ist z. B. in der US-A 5 158 922 (z. B. Beispiel 30) und EP-A 0 654 302 (S. 5, Z. 26 bis S. 6, Z. 32) beschrieben.
Geeignete Starter-Moleküle für die Herstellung von Polyetherpolyolen sind beispielsweise einfache, niedermolekulare Polyole, Wasser, Ethylenglykol, Propandiol-1,2,2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan, Propylenglykol-1,3- und Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6, Neopentylglykol, 2-Ethylhexandiol-1,3, Trimethylolpropan, Glyzerin, Pentaerythrit, Sorbit, organische Polyamine mit mindestens zwei N-H-Bindungen wie z. B. Triethanolamin, Ammoniak, Methylamin oder Ethylendiamin oder beliebige Gemische derartiger Starter-Moleküle. Für die Alkoxylierung geeignete Alkylenoxide sind insbesondere Ethylenoxid und/oder Propylenoxid, die in beliebiger Reihenfolge oder auch im Gemisch bei der Alkoxylierung eingesetzt werden können.
Es können auch Polyetherpolyolmischungen eingesetzt werden, die wenigstens ein Polyol mit wenigstens einer tertiären Aminogruppe enthalten. Solche tertiäre Aminogruppen aufweisenden Polyetherpolyole lassen sich durch Alkoxylierung von Startermolekülen oder Mischungen von Startermolekülen, wenigstens enthaltend ein Startermolekül mit mindestens 2 gegenüber Epoxiden reaktiven Element-Wasserstoffbindungen, von denen mindestens eine eine NH-Bindung ist, oder niedermolekulare Polyolverbindungen die tertiäre Aminogruppen tragen, herstellen. Beispiele für geeignete Startermoleküle sind Ammoniak, Methylamin, Ethylamin, n-Propylamin, iso-Propylamin, Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Ethylendiamin, Ethylentriamin, Triethanolamin, N-Methyl-diethanolamin, Ethylendiamin, N,N'-Dimethyl-ethylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, 2,4-Toluylendiamin, 2,6-Toluylendiamin, Anilin, Diphenylmethan-2,2'-diamin, Diphenylmethan-2,4'-diamin, Diphenylmethan-4,4'-diamin, 1-Aminomethyl-3-amino-1,5,5-trimethylcyclohexan (Isophorondiamin), Dicyclohexylmethan-4,4'-diamin, Xylylendiamin und Polyoxyalkylenamine.
Auch Polyetherpolyole mit darin dispergierten organischen Füllstoffen, wie beispielsweise Additionsprodukten von Toluylendiisocyanat mit Hydrazinhydrat oder Copolymerisaten von Styrol und Acrylnitril, können eingesetzt werden.
Einsetzbar sind auch die durch Polymerisation von Tetrahydrofuran erhältlichen Polytetramethylenetherglykole mit Molekuargewichten von 400 g/mol bis 4000 g/mol, aber auch Hydroxylgruppen enthaltende Polybutadiene.
Unter den Hydroxylpolycarbonaten sind Umsetzungsprodukte von Glykolen vom Typ Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,4-Butandiol, Neopentylglykol oder 1,6-Hexandiol und/oder Triolen wie beispielsweise Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Sorbit mit Diphenyl- und/oder Dimethylcarbonat zu verstehen. Die Umsetzung ist eine Kondensationsreaktion, bei der Phenol und/oder Methanol abgespalten werden. Es resultieren, je nach Zusammensetzung, flüssige bis wachsartige, amorphe Typen mit Tg-Werten von > –40°C oder kristalline Polycarbonatpolyole mit Schmelzbereichen von 40–90°C. Der Molekulargewichtsbereich liegt bei 200 g/mol bis 10000 g/mol. Der Molekulargewichtsbereich von 400 g/mol bis 5000 g/mol wird bevorzugt. Der Molekulargewichtsbereich von 500 g/mol bis 3000 g/mol wird besonders bevorzugt.
Unter den Hydroxylpolyestern sind Umsetzungsprodukte von aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen und/oder heterocyclischen mehrbasischen, vorzugsweise aber zweibasischen Carbonsäuren, wie beispielsweise Adipinsäure, Azelainsäure, Sebazin und/oder Dodecandisäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Bernsteinsäure, Korksäure, Trimellitsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäure-anhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Maleinsäure, Fumarsäure, dimere und trimere Fettsäuren wie Ölsäure, gegebenenfalls in Mischung mit monomeren Fettsäuren, Terephthalsäuredimethylester oder Terephthalsäure-bis-glykolester, ortho-, iso oder Terephthalsäure mit mehrwertigen, vorzugsweise zweiwertigen oder dreiwertigen Alkoholen wie beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, 1,2-/1,3-Propandiolund, -1,4-/1,3-Butandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, Neopentylglykol, 1,4-Bis(hydroxymethyl)cyclohexan, Bis(hydroxymethyl)tricyclo[5.2.1.0^2.6]decan oder 1,4-Bis(2-hydroxyethoxy)benzol, 2-Methyl-1,3-propandiol, 2,2,4-Trimethylpentandiol, 2-Ethyl-1,3-hexandiol, Dipropylenglykol, Polypropylenglykole, Dibutylenglykol, Polybutylenglykole, 1,4-Phenoldimethanol, Bisphenol A, Tetrabrombisphenol A, Glycerin, Trimethylolpropan, 1,2,6-Hexantriol, 1,2,4-Butantriol, Pentaerythrit, Chinit, Mannit, Sorbit, Methylglykosid oder 4,3,6-Dianhydrohexite zu verstehen. Anstelle der freien Polycarbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester von niedrigen Alkoholen oder deren Gemische zur Herstellung des Polyesters mitverwendet werden.
Die Umsetzung ist eine normale Schmelzkondensation, wie sie in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, "Polyester", 4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim, 1980, beschrieben wird. Es resultieren, je nach Zusammensetzung, flüssige, amorphe Typen mit Tg-Werten von > 20°C oder kristalline Polyesterpolyole mit Schmelzbereichen von 40–90°C. Die erfindungsgemäß einsetzbaren Polyesterpolyole haben zahlenmittlere Molekulargewichte von 500 g/mol bis 2500 g/mol, bevorzugt von 800 g/mol bis 2000 g/mol.
Zu nennen sind hier auch insbesondere die Produkte, die sich von Umsetzungsprodukten von Glyzerin und Hydroxylfettsäuren ableiten, insbesondere Rizinusöl und seine Derivate, wie beispielsweise einfach dehydratisiertes Rizinusöl.
Einsetzbar sind auch entsprechende Hydroxylgruppenterminierte Poly-ε-Caprolactone.
Anteilig können in Komponente A neben den Polyhydroxyverbindungen auch Polyetheramine eingesetzt werden. Bezüglich der bevorzugten Molekulargewichte und Zusammensetzung der Mischung gelten die gleichen Grenzen, wie bereits für die Polyetherpolyole aufgezählt.
Die vorstehend erwähnten isocyanatreaktiven Verbindungen können mit allen Polyisocyanaten, aromatischen als auch aliphatischen vor der eigentlichen Prepolymerisierung zu Urethan modifizierten Hydroxylverbindungen umgesetzt werden.
Als Komponente B kommen aromatische, aliphatische und cycloaliphatische Diisocyanate sowie Gemische davon in Betracht. Geeignete Diisocyanate sind Verbindungen der Formel PIC(NCO)₂ mit einem mittleren Molekulargewicht unter 400 g/mol, worin PIC einen aromatischen C₆-C₁₅-Kohlenwasserstoffrest, einen aliphatischen C₄-C₁₂-Kohlenwasserstoffrest oder einen cycloaliphatischen C₆-C₁₅-Kohlenwasserstoffrest bedeuten, beispielsweise Diisocyanate aus der Reihe Butandiisocyanat, Pentandiisocyanat, Hexandiisocyanat (Hexamethylendiisocyanat, HDI), 4-Isocyanatomethyl-1,8-octandiisocyanat (Triisocyanatononan, TIN) 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat), 3,5,5-Trimethyl-1-isocyanato-3-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), 2,4- und/oder 2,6-Methylcyclohexyldiisocyanat (H₆TDI) sowie ω,ω'-Diisocyanato-1,3-dimethylcyclohexan (H₆XDI), Xylylendiisocyanat (XDI), 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan, Tetramethylendiisocyanat, 2-Methyl-pentamethylendiisocyanat, 2,2,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat (THD), Dodecamethylendiisocyanat, 1,4-Diisocyanatocyclohexan, 4,4'-Diisocyanato-3,3'-dimethyldicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylpropan-(2,2), 3-Isocyanatomethyl-1-methyl-1-isocyanatocyclohexan (MCI), 1,3-Diisooctylcyanato-4-methyl-cyclohexan, 1,3-Diisocyanato-2-methyl-cyclohexan und α,α,α',α'-Tetramethyl-m- oder -p-xylylen-diisocyanat (TMXDI), 2,4-/2,6-Toluoldiisocyanat (TDI), Methylendiphenyldiisocyanat (MDI), Naphtyldiisocyanat (NDI). Bevorzugt werden hier IPDI, HDI oder TDI bzw. MDI-Derivate verwendet.
Die vorstehend erwähnten organischen aliphatischen, cycloaliphatischen oder heterocyclischen Polyisocyanate können auch ganz oder teilweise in Form ihrer Derivate, wie beispielsweise Urethane, Biurete, Allophanate, Uretdione, Isocyanurate und Trimerisate und Mischformen dieser Derivatisierungen.
Grundsätzlich können auch Mischungen von mehreren Polyisocyanaten eingesetzt werden, bevorzugt ist jedoch die Verwendung nur eines Polyisocyanats.
Isocyanatreaktive Alkoxysilanverbindung der allgemeinen Formel (II) (Komponente C) sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Beispielhaft genannt seien Aminopropyltrimethoxysilan, Mercaptopropyltrimethoxysilan, Aminopropylmethyl-dimethoxysilan, Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, Aminopropyltriethoxysilan, Mercaptopropyltriethoxysilan, Aminopropylmethyldiethoxysilan, Mercaptopropylmethy-diethoxysilan, Aminomethyltrimethoxysilan, Aminomethyl-triethoxysilan, (Aminomethyl)methyldimethoxysilan, (Aminomethyl)methyldiethoxysilan, N-Butyl-aminopropyltrimethoxysilan, N-Ethyl-aminopropyltrimethoxysilan und N-Phenyl-aminopropyltrimethoxysilan.
Des Weiteren können als isocyanatreaktive Verbindungen auch die Asparaginsäureester verwendet werden, wie sie in der EP-A 596360 beschrieben werden. Bei diesen Molekülen der allgemeinen Formel (III)
bedeutet X gleiche oder verschiedene Alkoxy- oder Alkylreste, die auch verbrückt sein können, wobei aber an jedem Si-Atom mindestens ein Alkoxyrest vorhanden sein muss, Q ist ein difunktioneller linearer oder verzweigter aliphatischer Rest und Z steht für einen Alkoxyrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen. Die Verwendung von solchen Asparaginsäureestern ist bevorzugt. Beispiele für besonders bevorzugte Asparaginsäureester sind N-(3-Triethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester, N-(3-Tri-methoxysilylpropyl)-asparaginsäurediethylester und N-(3-Dimethoxymethylsilylpropyl)-asparaginsäurediethylester. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester.
Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von mit Alkoxysilangruppen modifizierten Polymeren gemäß vorstehender Beschreibung Gegenstand der Erfindung, bei dem eine Mischung isocyanatreaktiver Verbindungen (Komponente A) zunächst mit einem Polyisocyanat (Komponente B) zu einem isocyanatfunktionellen Prepolymer umgesetzt wird, welches anschließend durch Umsetzung mit einem isocyanatreaktiven Alkoxysilan (Komponente C) verkappt wird.
Für die Synthese eines isocyanatfunktionellen Prepolymers wird ein Überschuss an Komponente B verwendet und zwar vorzugsweise ein NCO:Y¹-H-Verhältnis von 1,3:1,0 bis 3,0:1,0, besonders bevorzugt von 1,5:1,0 bis 2,0:1,0 und ganz besonders bevorzugt von 0,8:1,0 bis 1,3:1,0 gewählt.
Diese Urethanisierung kann durch Katalyse beschleunigt werden. Zur Beschleunigung der NCO-OH-Reaktion kommen dem Fachmann an sich bekannte Urethanisierungskatalysatoren wie Organozinnverbindungen oder aminische Katalysatoren in Frage. Als Organozinnverbindungen seien beispielhaft genannt: Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dioctylzinndilaurat, Dibutylzinn-bis-acetoacetonat und Zinncarboxylate wie beispielsweise Zinnoctoat. Die genannten Zinnkatalysatoren können gegebenenfalls in Kombination mit aminischen Katalysatoren wie Aminosilanen oder 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan verwendet werden.
Besonders bevorzugt wird Dibutylzinndilaurat als Urethanisierungskatalysator eingesetzt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Katalysatorkomponente, sofern mitverwendet, in Mengen von 0,001 Gew.-% bis 5,0 Gew.-%, bevorzugt 0,001 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,005 Gew.-% bis 0,05 Gew.-% bezogen auf den Festgehalt des Verfahrensprodukts eingesetzt.
Die Urethanisierung der Komponenten A und B wird bei Temperaturen von 20°C bis 200°C, bevorzugt 40°C bis 140°C und besonders bevorzugt von 60°C bis 120°C durchgeführt.
Die Reaktion wird fortgeführt, bis ein vollständiger Umsatz der isocyanatreaktiven Gruppen erreicht ist. Der Verlauf der Reaktion wird sinnvollerweise durch die Überprüfung des NCO-Gehaltes überwacht und ist beendet, wenn der entsprechende theoretische NCO-Gehalt erreicht und konstant ist. Dies kann durch geeignete im Reaktionsgefäß installierte Messgeräte und/oder anhand von Analysen an entnommenen Proben verfolgt werden. Geeignete Verfahren sind dem Fachmann bekannt. Es handelt sich beispielsweise um Viskositätsmessungen, Messungen des NCO-Gehaltes, des Brechungsindex, des OH-Gehalts, Gaschromatographie (GC), kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR), Infrarotspektroskopie (IR) und nahe Nahinfrarotspektroskopie (NIR). Vorzugsweise wird der NCO-Gehalt der Mischung titrimetrisch bestimmt.
Es ist unerheblich, ob das erfindungsgemäße Verfahrens kontinuierlich z. B. in einem Statik-Mischer, Extruder oder Kneter oder diskontinuierlich z. B. in einem Rührreaktor durchgeführt wird.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem Rührreaktor durchgeführt.
Die weitere Umsetzung der isocyanatfunktionellen Prepolymere mit isocyanatreaktiven Alkoxysilanen (Komponente C) erfolgt innerhalb eines Temperaturbereiches von 0°C bis 150°C, vorzugsweise von 20°C bis 120°C, wobei die Mengenverhältnisse in der Regel so gewählt werden, dass pro Mol eingesetzter NCO-Gruppen 0,8 bis 1,3 Mol der isocyanatreaktiven Alkoxysilanverbindung eingesetzt werden.
Bei der besonders bevorzugten Verwendung der isocyanatreaktiven Alkoxysilane der Formel (III) kann es gemäß der Lehre der EP-A 0 807 649 zu einer Cyclokondensation kommen, die die Viskosität der erfindungsgemäßen alkoxysilangruppenaufweisenden Prepolymere noch weiter absenken kann. Dementsprechend kann diese Hydantoinbildung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch absichtlich herbeigeführt werden.
Diese Cyclokondensation kann durch einfaches Rühren des mit einem isocyanatreaktiven Alkoxysilan der Formel (III) verkappten Polyurethan Prepolymeren bei Temperaturen von 70°C bis 180°C, vorzugsweise von 80°C bis 150°C herbeigeführt werden. Die Reaktion kann ohne weitere Katalyse, oder, bevorzugt, durch Katalyse beschleunigt durchgeführt werden. Als Katalysatoren kommen sowohl basische, wie auch saure organische Verbindungen in Betracht, beispielsweise N,N,N,N-Benzyltrimethylammoniumhydroxid, andere in organischen Medien lösliche Hydroxide, DBN, DBU, andere Amidine, Zinnoctoat, Dibutylzinndilaurat, andere organische Zinnverbindungen, Zinkoctoat, Essigsäure, andere Alkansäuren, Benzoesäure, Benzoylchlorid, andere Säurechloride oder Dibutylphosphat, bzw. andere Derivate der Phosphorsäure. Der Katalysator wird in Mengen von 0,005 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,05 Gew.-% bis 1 Gew.-% zugegeben.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Klebstoffe, Beschichtungen oder Schäume basierend auf den erfindungsgemäßen Polyurethanprepolymeren. Diese Klebstoffe, Beschichtungen oder Schäume vernetzen unter Einwirkung von Luftfeuchtigkeit über eine Silanolpolykondensation. Bevorzugt ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Prepolymeren in Klebstoffen, besonders bevorzugt in Klebstoffen, die nach DIN EN 14293 eine Zugscherfestigkeit von mindestens 5 N/mm² aufweisen.
Zur Herstellung solcher Klebstoffe, Beschichtungen und Schäume können die erfindungsgemäßen Alkoxysilan-Endgruppen aufweisenden Polyurethanprepolymere zusammen mit üblichen Weichmachern, Füllstoffen, Pigmenten, Trockenmitteln, Additiven, Lichtschutzmitteln, Antioxidantien, Thixotropiermitteln, Katalysatoren, Haftvermittlern und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen nach bekannten Verfahren formuliert werden.
Typische erfindungsgemäße Klebstoff- und Beschichtungszubereitungen enthalten beispielsweise 10 Gew.-% bis 100 Gew.-% eines mit Alkoxysilangruppen modifizierten Polymers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren solcher mit Alkoxysilangruppen modifizierten Polymere, bis zu 30 Gew.-% eines Weichmachers oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Weichmachern, bis zu 30 Gew.-% eines Lösemittels oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Lösemitteln, bis zu 5 Gew.-% eines Feuchtigkeits-Stabilisators oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Feuchtigkeits-Stabilisatoren, bis zu 5 Gew.-% eines UV-Stabilisators oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren UV-Stabilisatoren, bis zu 5 Gew.-% eines Katalysators oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Katalysatoren und bis 80 Gew.-% eines Füllstoffs oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Füllstoffen.
Als geeignete Füllstoffe seien beispielhaft Ruß, Fällungskieselsäuren, pyrogene Kieselsäuren, mineralische Kreiden und Fällungskreiden genannt. Als geeignete Weichmacher seien beispielhaft Phthalsäureester, Adipinsäureester, Alkylsulfonsäureester des Phenols, Phosphorsäureester oder auch höhermolekulare Polypropylenglykole genannt.
Als Thixotropiermittel seien beispielhaft pyrogene Kieselsäuren, Polyamide, hydrierte Rizinusöl-Folgeprodukte oder auch Polyvinylchlorid genannt.
Als geeignete Katalysatoren zur Aushärtung können alle metallorganischen Verbindungen und aminischen Katalysatoren eingesetzt werden, die bekanntermaßen die Silanpolykondensation fördern. Besonders geeignete metallorganische Verbindungen sind insbesondere Verbindungen des Zinns und des Titans. Bevorzugte Zinnverbindungen sind beispielsweise: Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dioctylzinnmaleat und Zinncarboxylate wie beispielsweise Zinn(II)octoat oder Dibutylzinn-bis-acetoacetonat. Die genannten Zinnkatalysatoren können gegebenenfalls in Kombination mit aminischen Katalysatoren wie Aminosilanen oder 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan verwendet werden. Bevorzugte Titanverbindungen sind beispielsweise Alkyltitanate, wie Diisobutyl-bisacetessigsäureethylester-titanat. Für die alleinige Verwendung von aminischen Katalysatoren sind insbesondere solche geeignet, die eine besonders hohe Basenstärke aufweisen, wie Amine mit Amidin-Struktur. Bevorzugte aminische Katalysatoren sind daher beispielsweise 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en oder 1,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en.
Als Trockenmittel seien insbesondere Alkoxysilylverbindungen genannt wie Vinyltrimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, i-Butyltrimethoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan.
Als Haftvermittler werden die bekannten funktionellen Silane eingesetzt wie beispielsweise Aminosilane der vorstehend genannten Art aber auch N-Aminoethyl-3-aminopropyl-trimethoxy und/oder N-Aminoethyl-3-aminopropyl-methyl-dimethoxysilan, Epoxysilane und/oder Mercaptosilane.
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sie zu beschränken.
Beispiele:
Alle Prozentangaben beziehen sich sofern nicht abweichend angegeben auf Gewichtsprozent.
Die Bestimmung der NCO-Gehalte in % wurde über Rücktitration mit 0,1 mol/l Salzsäure nach Reaktion mit Butylamin vorgenommen, Grundlage DIN EN ISO 11909.
Die Viskositätsmessungen wurden nach ISO/DIS 3219:1990 bei einer konstanten Temperatur von 23°C und einer konstanten Scherrate von 250/sec mit einem Platte-Kegel Rotationsviskosimeter des Typs Physica MCR (Fa. Anton Paar Germany GmbH, Ostfildern, DE) unter Verwendung des Messkegels CP 25-1 (25 mm Durchmesser, 1° Kegelwinkel) durchgeführt.
Die zur Zeit der Versuchsdurchführung herrschende Umgebungstemperatur von 23°C wird als RT bezeichnet.
Beispiel 1 (erfindungsgemäß):
In einem 5L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 1104,7 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 28 mg KOH/g und 153,5 g Tripolypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 585 mg KOH/g auf 120°C erwärmt. Anschließend wurden 289,0 g Hexamethylendiisocyanat (Desmodur^® H, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 3,5% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 120°C 452,9 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (hergestellt gemäß EP-A 0 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 38900 mPas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 3300 g/mol.
Beispiel 2 (erfindungsgemäß):
In einem 2L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 684,9 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 56 mg KOH/g und 93,4 g Tripolypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 585 mg KOH/g auf 120°C erwärmt. Anschließend wurden 221,7 g Hexamethylendiisocyanat (Desmodur^® H, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 4,16% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 120°C 348,1 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (hergestellt gemäß EP-A 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 31000 mPas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 3000 g/mol.
Beispiel 3 (erfindungsgemäß):
In einem 2L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 678,9 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 28 mg KOH/g, 92,6 g Tripolypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 585 mg KOH/g und 0,07 g Dibutylzinndilaurat (Desmorapid^® Z, Bayer MaterialScience AG) auf 60°C erwärmt. Anschließend wurden 228,6 g Isophorondiisocyanat (Desmodur^® I, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 3,24% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 60°C 271,1 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (hergestellt gemäß EP-A 0 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 313 Pas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 3900 g/mol.
Beispiel 4 (erfindungsgemäß):
In einem 5L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 1048,1 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 28 mg KOH/g, 96,7 g Tripolypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 585 mg KOH/g und 48,9 g 1,4-Butandiol auf 120°C erwärmt. Anschließend wurden 353,4 g Hexamethylendiisocyanat (Desmodur^® H, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 4,28% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 120°C 554,1 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (hergestellt gemäß EP-A 0 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 200 Pas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 3100 g/mol.
Vergleichsbeispiel 1:
In einem 1L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 881,9 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 56 mg KOH/g und 0,07 g Dibutylzinndilaurat (Desmorapid^® Z, Bayer MaterialScience AG) auf 60°C erwärmt. Anschließend wurden 118,1 g Toluylendiisocyanat (Desmodur^® T 100, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 2,07% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 60°C 173,2 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (erhalten gemäß EP-A 0 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 70930 mPas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 6200 g/mol.
Vergleichsbeispiel 2:
In einem 1L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 752,2 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 56 mg KOH/g und 0,07 g Dibutylzinndilaurat (Desmorapid^® Z, Bayer MaterialScience AG) auf 60°C erwärmt. Anschließend wurden 97,8 g Hexamethylendiisocyanat (Desmodur^® H, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 2,10% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 60°C 149,4 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (erhalten gemäß EP-A 0 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 45500 mPas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 5900 g/mol.
Vergleichsbeispiel 3:
In einem 1L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 756,9 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 28 mg KOH/g und 0,07 g Dibutylzinndilaurat (Desmorapid^® Z, Bayer MaterialScience AG) auf 60°C erwärmt. Anschließend wurden 97,8 g Isophorondiisocyanat (Desmodur^® I, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 2,10% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 60°C 149,4 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (hergestellt gemäß EP-A 0 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 26800 mPas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 5300 g/mol.
Vergleichsbeispiel 4:
In einem 1L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 776,1 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 28 mg KOH/g und 0,07 g Dibutylzinndilaurat (Desmorapid^® Z, Bayer MaterialScience AG) auf 60°C erwärmt. Anschließend wurden 73,8 g Toluylendiisocyanat (Desmodur^® T 100, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 2,10% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 60°C 149,4 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (erhalten gemäß EP-A 0 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 9625 mPas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 5100 g/mol.
Vergleichsbeispiel 5:
In einem 1 L-Sulfierbecher mit Deckel, Rührer, Thermometer und Stickstoffdurchfluss wurde eine Mischung von 747,4 g Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 112 mg KOH/g und 0,07 g Dibutylzinndilaurat (Desmorapid^® Z, Bayer MaterialScience AG) auf 60°C erwärmt. Anschließend wurden 252,6 g MDI (Desmodur^® 2460 M, Bayer MaterialScience AG) zugegeben und bis zum Erreichen des theoretischen NCO-Gehaltes von 2,10% prepolymerisiert. Anschließend wurden bei 60°C 175,7 g N-(3-Trimethoxysilylpropyl)asparaginsäurediethylester (hergestellt gemäß EP-A 0 596 360 , Bsp. 5) zugegeben, und es wurde gerührt, bis titrimetrisch kein NCO-Gehalt mehr nachzuweisen war. Das erhaltene alkoxysilanendgruppenaufweisende Polyurethanprepolymer hatte eine Viskosität von 1268000 mPas (23°C) und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 5700 g/mol.
Bestimmung der Hautbildezeit
Mittels eines Rakels (200 μm) wird ein Film auf eine vorher mit Ethylacetat gereinigte Glasplatte aufgetragen und sofort in den Drying Recorder eingelegt. Die Nadel wird mit 10 g belastet und bewegt sich über eine Zeitraum von 24 Stunden über eine Strecke von 35 cm.
Der Drying Recorder befindet sich in einem Klimaraum bei 23°C und 50% rel. Luftfeuchte.
Als Hautbildezeit wird der Zeitpunkt des Verschwindens der permanenten Spur der Nadel aus dem Film angegeben.
Anwendungstechnische Beispiele
Zur Beurteilung der anwendungstechnischen Eigenschaften der verschiedenen Polymere wurden diese in folgender Formulierung verarbeitet:

Einsatzmenge in Gew.-%

Polymer 46,06

Füllstoff (Socal U₁S₂) 49,75

Trocknungsmittel (Dynasylan VTMO) 2,76

Haftvermittler (Dynasylan 1146) 1,38

Katalysator (Lupragen^® N700) 0,05
Zur Herstellung der Formulierung wird als Bindemittel das Polymer mit dem Füllstoff (Socal^® U1S2; Fa. Solvay GmbH, Deutschland) und Trocknungsmittel (Dynasylan^® VTMO; Fa. Evonik AG, Deutschland) versetzt und in einem Vakuumdissolver mit Wandabstreifer bei 3000 U/min vermischt. Anschließend wird der Haftvermittler (Dynasylan^® 1146; Fa. Evonik) hinzugefügt und innerhalb von 5 min bei 1000 U/min untergerührt. Zuletzt wird der Katalysator (Lupragen^® N700; Fa. BASF SE) bei 1000 U/min eingerührt und abschließend die fertige Mischung im Vakuum entlüftet.
Zur Messung der physikalischen Eigenschaften werden sowohl Membranen von 2 mm Dicke, als auch Proben zur Bestimmung der Zugscherfestigkeit hergestellt. Zur Messung der Zugscherfestigkeit werden Probenkörper aus Eiche verwendet, die für 7 Tage bei 23°C/50% rel. Luftfeuchte, anschließend 20 Tage bei 40°C und danach einen Tag bei 23°C/50% rel. Luftfeuchte gelagert werden.
Die Härte der Filme wird gemäß DIN 53505 gemessen und die Zugscherfestigkeit gemäß DIN EN 14293.
Die folgende Tabelle zeigt die erhaltenen Ergebnisse:

Vgl. 1 Vgl. 2 Vgl. 3 Vgl. 4 Vgl. 5

Shore D Härte 26 19 26 30 33

Zugscherfestigkeit [N/mm²] 3,1 4,3 2,6 3,9 4,4

Gleitung 1,9 3,0 2,0 1,5 2,1

Hautbildezeit [min] 60 30 55 40 -*

*nicht bestimmt

Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4

Shore D Härte 35 37 41 36

Zugscherfestigkeit [N/mm²] 6,4 6,9 7,7 8,9

Gleitung 1,8 2,1 2,6 3,8

Hautbildezeit [min] 120 80 70 20
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3627722 A [0003]
DE 1745526 A [0003, 0007]
EP 0397036 A [0004]
DE 19908562 A [0004]
EP 1093482 A [0004]
US 2002/0100550 A [0004]
EP 0070475 A [0005]
DE 102007058344 A [0006]
US 5158922 A [0021]
EP 0654302 A [0021]
EP 596360 A [0037, 0064]
EP 0807649 A [0048]
EP 0596360 A [0063, 0065, 0066, 0067, 0068, 0069, 0070, 0071]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Adhesives Age” 4/1995, Seite 30 ff. (Autoren: Ta-Min Feng, B. A. Waldmann) [0002]
ASTM D2849-69 [0020]
Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, ”Polyester”, 4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim, 1980 [0028]
DIN EN 14293 [0050]
DIN EN ISO 11909 [0060]
ISO/DIS 3219:1990 [0061]
DIN 53505 [0078]
DIN EN 14293 [0078]

Claims

Mit Alkoxysilangruppen modifizierte Polymere, die durch Umsetzung a) eines isocyanatfunktionellen Prepolymers, welches Struktureinheiten der allgemeinen Formel (I) enthält,
worin PIC für einen um die Isocyanatgruppen reduzierten Rest eines Polyisocyanates (B) steht, Y¹ für Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel steht, R¹ entweder für ein freies Elektronenpaar oder Wasserstoff oder für einen beliebigen organischen Rest steht, A ein um die isocyanatreaktiven Gruppen reduzierter Rest eines Isocyanat-reaktiven Polymers und niedermolekularer, multifunktioneller isocyanatreaktivern Verbindungen, das aus in beliebiger Reihenfolge, also blockweise, alternierend oder statistisch, über das aus den Polyisocyanaten B stammende Strukturelement der Formel -Y²-(C=O)-N-PIC-N-(C=O)-Y¹(R¹)- worin Y¹ und Y² unabhängig voneinander für Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel stehen, miteinander verknüpften niedermolekularen, multifunktionellen isocyanatreaktiven Verbindungen (A1) und Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polycarbonatpolyolen oder Polytetrahydrofuranpolyolen (A2) aufgebaut ist, wobei es sich bei den terminalen Gruppen dieser Substrukturen, ganz oder teilweise, auch um die entsprechenden Thioverbindungen oder Aminderivate handeln kann, wobei es sich zu 1 bis 40 Gew.-% um Substrukturen A1 eines mittleren Molekulargewichts (Mn) kleiner 500 g/mol und zu 60–99 Gew.-% um Substrukturen A2 eines mittleren Molekulargewichts (Mn) von mehr als 500 g/mol handelt, und wobei A (also die Summe aus A1 und A2) insgesamt eine mittlere Funktionalität von 2 bis 6 aufweist, mit b) einer isocyanatreaktiven Alkoxysilanverbindung (Komponente C) der allgemeinen Formel (II):
worin X¹, X² und X³ gleiche oder verschiedene Alkoxy- oder Alkylreste sind, die auch verbrückt sein können, wobei aber an jedem Si-Atom mindestens ein Alkoxyrest vorhanden sein muss, Q ein difunktioneller linearer oder verzweigter aliphatischer Rest ist, Y für Stickstoff oder Schwefel steht, R entweder für ein freies Elektronenpaar oder Wasserstoff oder für einen beliebigen organischen Rest steht erhältlich sind.
Verbindungen gemäß Ansprüchen 1 mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von kleiner 5000 g/mol.
Verbindungen gemäß Anspruch 1 mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von kleiner 4000 g/mol.
Verbindungen gemäß Anspruch 1 mit einer Viskosität kleiner 700 Pas bei 23°C, bevorzugt kleiner 500 Pas bei 23°C.
Verfahren zur Herstellung von mit Alkoxysilangruppen modifizierten Polymeren gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Mischung isocyanatreaktiver Verbindungen A (gemäß Definition A mit vorhandenen isocyanatreaktiven Gruppen) mit einem Überschuss Polyisocyanat (Komponente B) zu einem isocyanatfunktionellen Prepolymer umgesetzt wird, welches anschließend durch Umsetzung mit einer isocyanatreaktiven Alkoxysilanverbindung (Komponente C) verkappt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Synthese des isocyanatfunktionellen Prepolymers ein Überschuss an Polyisocyanat in einem Verhältnis NCO zu Y¹-H von 1,3 zu 1,0 bis 3,0 zu 1,0.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Synthese des isocyanatfunktionellen Prepolymers ein Überschuss an Polyisocyanat in einem Verhältnis NCO zu Y¹-H von 1,5 zu 1,0 bis 2,0 zu 1,0.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung des isocyanatfunktionellen Prepolymers mit einer isocyanatreaktiven Alkoxysilanverbindung mit einem Verhältnis NCO zu Y¹-H von 0,8 zu 1,0 bis 1,3 zu 1,0 durchgeführt wird.
Verwendung der mit Alkoxysilangruppen modifizierten Polymere gemäß Ansprüchen 1 bis 4 in Klebstoffen, Beschichtungen und Schäumen.
Klebstoff- und Beschichtungszubereitungen enthaltend 10 Gew.-% bis 100 Gew.-% eines mit Alkoxysilangruppen modifizierten Polymers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren solcher mit Alkoxysilangruppen modifizierten Polymere, 0 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines Weichmachers oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Weichmachern 0 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines Lösemittels oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Lösemitteln 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% eines Feuchtigkeits-Stabilisators oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Feuchtigkeits-Stabilisatoren 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% eines UV-Stabilisators oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren UV-Stabilisatoren 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% eines Katalysators oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Katalysatoren 0 Gew.-% bis 80 Gew.-% eines Füllstoffs oder eines Gemisches aus zwei oder mehreren Füllstoffen.