DE102021003264A1 - TWO-COMPONENT POLYURETHANE COMPOSITIONS - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung, umfassend:(i) eine erste Komponente, umfassend(i-1) ein oder mehrere Phenolharze vom Benzylethertyp; und(ii-1) ein oder mehrere polymere Polyole, die von dem einem oder mehreren Phenolharze vom Benzylethertyp verschieden ist;(ii) eine zweite Komponente, umfassend eine Isocyanatformulierung, die aus einem oder mehreren Isocyanat-Verbindungen besteht, wobei mindestens eine Isocyanat-Verbindung zumindest 2 Isocyanat-Gruppen pro Molekül aufweist.Die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung kann zum Beschichten von Oberflächen eingesetzt werden. Sie ist insbesondere als Vergussmasse, als Hohlraumversiegelung, als Füllharz, im Formenbau, zur Herstellung eines Prepregs, als Reparaturharz oder als Klebstoff geeignet.The present invention relates to a two-component (2K) polyurethane composition comprising: (i) a first component comprising (i-1) one or more benzyl ether type phenolic resins; and(ii-1) one or more polymeric polyols other than the one or more benzyl ether-type phenolic resins;(ii) a second component comprising an isocyanate formulation consisting of one or more isocyanate compounds, wherein at least one isocyanate compound has at least 2 isocyanate groups per molecule.The two-component (2K) polyurethane composition can be used for coating surfaces. It is particularly suitable as a casting compound, as a cavity seal, as a filling resin, in mold construction, for the production of a prepreg, as a repair resin or as an adhesive.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung. Die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung kann zum Beschichten von Oberflächen eingesetzt werden. Sie ist insbesondere als Vergussmasse, als Hohlraumversiegelung, als Füllharz, im Formenbau, zur Herstellung eines Prepregs, als Reparaturharz, oder als Klebstoff geeignet.The present invention relates to a two-component (2K) polyurethane composition. The two-component (2K) polyurethane composition can be used for coating surfaces. It is particularly suitable as a casting compound, as a cavity seal, as a filling resin, in mold construction, for the production of a prepreg, as a repair resin, or as an adhesive.
Stand der TechnikState of the art
2K Polyurethanzusammensetzungen basierend auf Polyolen sind bekannt. Als Polyolkomponente werden z.B. Additionsprodukte aus Ethylen- und/oder Propylenoxid mit mehrwertigen Alkoholen oder Polyesterpolyolen, mehrwertigen Aminen und Thiolverbindungen oder Mischungen aus den jeweiligen Komponenten verwendet. Typische Startermoleküle sind auch Polyole, wie z.B. Glycerin, Sorbit, Saccharose, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Triethanolamin.2K polyurethane compositions based on polyols are known. Addition products of ethylene and/or propylene oxide with polyhydric alcohols or polyester polyols, polyhydric amines and thiol compounds or mixtures of the respective components are used as the polyol component. Typical starter molecules are also polyols such as glycerol, sorbitol, sucrose, trimethylolpropane, pentaerythritol or triethanolamine.
US 3,948,824 A beschreibt Schäume basierend auf einem Phenolaldehyd-Benzylether-Harz, einem Polyisocyanat und einem gasförmigen Schäumer. Beispiel 3 zeigt ein Kondensationsprodukt zwischen einem Benzyletherharz und einem Adipinsäurepolyol als Polyolkomponente auf. Das erhaltene Benzyletherharz enthält ca. 1% freies Formaldehyd.US Pat. No. 3,948,824 A describes foams based on a phenolaldehyde benzyl ether resin, a polyisocyanate and a gaseous foaming agent. Example 3 shows a condensation product between a benzyl ether resin and an adipic acid polyol as the polyol component. The benzyl ether resin obtained contains approx. 1% free formaldehyde.
Keines der genannten Dokumente beschreibt die Verwendung von Benzyletherharzen und/oder Novolaken (ohne para tert. Butylphenol) als Bestandteil von PU-Vergussmassen oder PU Beschichtungen.None of the documents mentioned describe the use of benzyl ether resins and/or novolaks (without para-tertiary butyl phenol) as a component of PU casting compounds or PU coatings.
Die Erfinder haben es sich zur Aufgabe gemacht, neue PU-Zusammensetzungen zu entwickeln, die eine schnelle Härtung aufweisen, und/oder Formkörper/Beschichtungen bereitstellen, die eine erhöhte Festigkeit aufweisen.The inventors have set themselves the task of developing new PU compositions which cure quickly and/or provide moldings/coatings which have increased strength.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung eine Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung, umfassend:
- (i) eine erste Komponente, umfassend
- (i-1) ein oder mehrere Phenolharze vom Benzylethertyp; und
- (ii-1) ein oder mehrere polymere Polyole, die von dem einen oder mehreren Phenolharz(en) vom Benzylethertyp verschieden ist;
- (ii) eine zweite Komponente, umfassend eine Isocyanatformulierung, die aus einem oder mehreren Isocyanat-Verbindungen besteht, wobei mindestens eine Isocyanat-Verbindung zumindest 2 Isocyanat-Gruppen pro Molekül aufweist.
- (i) a first component comprising
- (i-1) one or more benzyl ether type phenolic resins; and
- (ii-1) one or more polymeric polyols other than the one or more benzyl ether-type phenolic resins;
- (ii) a second component comprising an isocyanate formulation consisting of one or more isocyanate compounds, wherein at least one isocyanate compound has at least 2 isocyanate groups per molecule.
In einem zweiten Aspekt ist die erfindungsgemäße Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung bevorzugt durch eines oder beide der nachfolgenden Merkmale gekennzeichnet:
- a) die erste Komponente enthält freies Phenol und freien Hydroxybenzylalkohol, wobei mindestens etwa 1,2 Gewichtsteile freier Hydroxybenzylalkohol pro 1 Gewichtsteil freies Phenol in der ersten Komponente enthalten sind;
- b) die erste Komponente enthält freies Phenol und freies Saligenin (o-Hydroxybenzylalkohol), wobei mindestens etwa 1,1 Gewichtsteile freies Saligenin (o-Hydroxybenzylalkohol) pro 1 Gewichtsteil freies Phenol in der ersten Komponente enthalten sind.
- a) the first component contains free phenol and free hydroxybenzyl alcohol, there being at least about 1.2 parts by weight of free hydroxybenzyl alcohol per 1 part by weight of free phenol in the first component;
- b) the first component contains free phenol and free saligenin (o-hydroxybenzyl alcohol) with at least about 1.1 parts by weight free saligenin (o-hydroxybenzyl alcohol) per 1 part by weight free phenol in the first component.
In einem dritten Aspekt beträgt das Gewichtverhältnis von freiem Phenol zu freiem Hydroxybenzylalkohol in der ersten Komponente bevorzugt
- • 1 zu größer als 1,2 bis 1 zu 30,
- • bevorzugt 1 zu 1,3 bis 1 zu 20, und
- • besonders bevorzugt 1 zu 1,6 bis 1 zu 15, und
- • ganz besonders bevorzugt 1 zu 1,8 bis 1 zu 13.
- • 1 in greater than 1.2 to 1 in 30,
- • preferably 1 to 1.3 to 1 to 20, and
- • particularly preferably 1:1.6 to 1:15, and
- • very particularly preferably 1 to 1.8 to 1 to 13.
In einem vierten Aspekt beträgt das Gewichtsverhältnis von freiem Phenol zu freiem Saligenin in der ersten Komponente bevorzugt
- • 1 zu größer als 1,1 bis 1 zu 25,
- • bevorzugt 1 zu 1,2 bis 1 zu 15, und
- • besonders bevorzugt 1 zu 1,5 bis 1 zu 10,
- • ganz besonders bevorzugt 1 zu 1,8 bis 1 zu 8.
- • 1 in greater than 1.1 to 1 in 25,
- • preferably 1 to 1.2 to 1 to 15, and
- • particularly preferably 1 to 1.5 to 1 to 10,
- • very particularly preferably 1 to 1.8 to 1 to 8.
In einem fünften Aspekt enthält die erfindungsgemäße Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung, bezogen auf das Gewicht des Phenolharzes vom Benzylethertyp, typischerweise höchstens etwa 10,0 Gew.% freies Phenol, bevorzugt höchstens etwa 8,0 Gew.% freies Phenol, stärker bevorzugt höchstens etwa 4,0 Gew.%, noch stärker bevorzugt höchstens etwa 2,0 Gew.% freies Phenol.In a fifth aspect, the two-part (2K) polyurethane composition of the present invention typically contains at most about 10.0% by weight free phenol, preferably at most about 8.0% by weight free phenol, based on the weight of the benzyl ether-type phenolic resin preferably at most about 4.0 wt%, even more preferably at most about 2.0 wt% free phenol.
In einem sechsten Aspekt enthält die erste Komponente bevorzugt höchstens etwa 1,0 Gew.% freies Phenol.In a sixth aspect, the first component preferably contains at most about 1.0% by weight free phenol.
In einem siebten Aspekt enthält die erste Komponente neben freiem Phenol bevorzugt zusätzlich freies Kresol und/oder Cardanol und/oder Cardol.In a seventh aspect, in addition to free phenol, the first component preferably also contains free cresol and/or cardanol and/or cardol.
In einem achten Aspekt enthält die erfindungsgemäße Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung bevorzugt:
- • etwa 8 bis etwa 70 Gew.%, insbesondere etwa 10 bis etwa 62 Gew.%, Phenolharz vom Benzylethertyp; und/oder
- • etwa 13 bis etwa 78 Gew.%, insbesondere etwa 17 bis etwa 70 Gew.%, Isocyanatformulierung.
- • from about 8% to about 70% by weight, more preferably from about 10% to about 62% by weight, of benzyl ether-type phenolic resin; and or
- • about 13 to about 78% by weight, especially about 17 to about 70% by weight, isocyanate formulation.
In einem neunten Aspekt beträgt das Molverhältnis der Isocyanat-reaktiven Gruppen zu den Isocyanatgruppen bevorzugt von etwa 1,5 : 1 bis etwa 1 : 1,5, bevorzugt etwa 1,3 : 1 bis etwa 1 : 1,3, stärker bevorzugt etwa 1,2 : 1 bis etwa 1 : 1,2.In a ninth aspect, the molar ratio of the isocyanate-reactive groups to the isocyanate groups is preferably from about 1.5: 1 to about 1: 1.5, preferably from about 1.3: 1 to about 1: 1.3, more preferably about 1 .2:1 to about 1:1.2.
In einem zehnten Aspekt ist das eine oder mehrere polymere Polyol(e) aus Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polycarbonatpolyolen und Kombinationen davon ausgewählt.In a tenth aspect, the one or more polymeric polyol(s) is selected from polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, and combinations thereof.
In einem elften Aspekt weist das eine oder die mehreren polymeren Polyole ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 500 bis etwa 10.000 Da, bevorzugt von etwa 750 bis etwa 9000 Da, stärker bevorzugt von etwa 1000 bis etwa 5000 Da, noch stärker bevorzugt von etwa 1500 bis etwa 4500 auf.In an eleventh aspect, the one or more polymeric polyols has a weight average molecular weight of from about 500 to about 10,000 Da, preferably from about 750 to about 9000 Da, more preferably from about 1000 to about 5000 Da, even more preferably from about 1500 to about 4500 on.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Substrats, wobei die erste Komponente und die zweite Komponente der erfindungsgemäßen Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung zu einer Mischung gemischt werden und die Mischung auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird. Das Substrat ist bevorzugt aus Metallen, Keramiken, Holz, Geweben, Vliesen, Glas, Kunststein, Naturstein oder Kunststoff ausgewählt.The invention also relates to a method for coating a surface of a substrate, wherein the first component and the second component of the two-component (2K) polyurethane composition according to the invention are mixed into a mixture and the mixture is applied to the surface of the substrate. The substrate is preferably selected from metals, ceramics, wood, fabrics, fleece, glass, artificial stone, natural stone or plastic.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung der erfindungsgemäßen Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung als Vergussmasse (insbesondere für Elektrobauteile), als Hohlraumversiegelung (insbesondere für Kraftfahrzeuge), als Füllharz, im Formenbau, zur Herstellung eines Prepregs, als Reparaturharz oder als Klebstoff. Die Oberfläche des Substrats beträgt bevorzugt mindestens 1 cm2.The invention also relates to the use of the two-component (2K) polyurethane composition according to the invention as a casting compound (in particular for electrical components), as a cavity seal (in particular for motor vehicles), as a filling resin, in mold construction, for the production of a prepreg, as a repair resin or as an adhesive. The surface area of the substrate is preferably at least 1 cm 2 .
Unter Zwei-Komponenten (2K) Polyurethanzusammensetzungen im Sinne dieser Erfindung werden alle Zusammensetzungen verstanden, die mindestens zwei Komponenten umfassen, die nach dem Vermischen zu einem Polyurethan polymerisieren. Bei der Reaktion gehen die reaktiven Bestandteile der Zusammensetzung in einen festen Zustand über.For the purposes of this invention, two-component (2K) polyurethane compositions are understood as meaning all compositions which comprise at least two components which, after mixing, polymerize to form a polyurethane. Upon reaction, the reactive components of the composition convert to a solid state.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Es wurde gefunden, dass die Phenolharze vom Benzylether-Typ bei den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen:
- - die Härtungsgeschwindigkeit der Reaktionsmischung deutlich beschleunigen; und/oder
- - die Festigkeiten der daraus hergestellten Formkörper/Beschichtungen deutlich erhöhen.
- - significantly accelerate the rate of hardening of the reaction mixture; and or
- - Significantly increase the strength of the moldings/coatings produced therefrom.
Diese Effekte sind überraschend und waren für den Fachmann nicht vorhersehbar oder aus dem Stand der Technik ableitbar.These effects are surprising and could not have been foreseen by a person skilled in the art or derived from the prior art.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen:
- - den Korrosionsschutz auf metallischen Oberflächen verbessern;
- - die Herstellung blasenfreier Formkörper/Beschichtungen ermöglichen; und/oder
- - die Haftung auf (bspw. metallischen) Oberflächen signifikant verbessern.
- - improve protection against corrosion on metallic surfaces;
- - enable the production of bubble-free moldings/coatings; and or
- - Significantly improve adhesion to (e.g. metallic) surfaces.
Härtungsgeschwindigkeit:curing speed:
In der hier vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass Phenolharze vom Benzylethertyp die Reaktion ohne Zusatz einer organischen oder anorganischen Metall- oder Aminverbindung selbstkatalysieren können. Die Härtungsreaktion bzw. -geschwindigkeit ist unabhängig von dem restlichen, im Phenolharz vom Benzylethertyp verbliebenen Synthesekatalysator, welcher die Kondensationsreaktion zwischen Phenol und Formaldehyd ermöglicht (z.B. Zinkacetat). Weiterhin wurde überraschend gefunden, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eine homogen ausgehärtete Formmasse ergeben. Zu erwarten wäre eine partielle Aushärtung zwischen Phenolharz vom Benzylethertyp und Isocyanat, also ein inhomogener Formkörper mit gehärteten (Phenolharz vom Benzylethertyp) und weichen Partien (polymeres Polyol). Darüber hinaus wäre zu erwarten gewesen, dass der erhaltene Formkörper eine starke Schaumbildung zeigt.In the present invention, it has been found that benzyl ether type phenolic resins can self-catalyze the reaction without adding any organic or inorganic metal or amine compound. The curing reaction or rate is independent of the residual synthesis catalyst remaining in the benzyl ether type phenolic resin which enables the condensation reaction between phenol and formaldehyde (e.g. zinc acetate). Furthermore, it was surprisingly found that the compositions according to the invention result in a homogeneously cured molding composition. Partial curing between phenolic resin of the benzyl ether type and isocyanate would be expected, i.e. an inhomogeneous molded body with cured (phenolic resin of the benzyl ether type) and soft parts (polymeric polyol). In addition, it would have been expected that the molded body obtained would show a high level of foaming.
Es wird angenommen, dass das Phenolharz vom Benzylethertyp die Fähigkeit besitzt, das reaktionsträgere Polyol zu aktivieren, so dass dieses auch mit dem Isocyanat eine Reaktion eingeht. Die Reaktionszeit verkürzt sich mit zunehmendem Anteil an Phenolharz vom Benzylethertyp. Je nach dem welches Polyol verwendet wird, kann die Reaktionszeit (Raumtemperatur) bei Zusatz von etwa 40 bis etwa 60 Gew. % Phenolharz vom Benzylethertyp bezogen auf die Polyolkomponente (Phenolharz vom Benzylethertyp plus polymeres Polyol) bei unter einer Minute liegen. Für die Härtungsgeschwindigkeit ist es unerheblich, ob das Polyisocyanat aromatisch gebundene Isocyanatgruppen oder aliphatisch gebundene Isocyanatgruppen enthält. Das heißt, selbst die trägeren aliphatischen Isocyanate können mittels Phenolharzes vom Benzylethertyp, auch ohne Zusatz eines Katalysators, zur Härtung gebracht werden. Dieses war nicht vorhersehbar und ist überraschend.It is believed that the benzyl ether type phenolic resin has the ability to activate the less reactive polyol to also react with the isocyanate. The reaction time shortens as the content of the benzyl ether type phenolic resin increases. Depending on the polyol used, the reaction time (room temperature) can be less than one minute with the addition of about 40 to about 60 weight percent benzyl ether phenolic resin based on the polyol component (benzyl ether phenolic resin plus polymeric polyol). It is immaterial for the rate of curing whether the polyisocyanate contains aromatically bound isocyanate groups or aliphatically bound isocyanate groups. That is, even the more sluggish aliphatic isocyanates can be cured using phenolic resin of the benzyl ether type even without adding a catalyst. This was not foreseeable and is surprising.
Festigkeiten:Strengths:
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können schnell reagieren, so dass es möglich ist, das Phenolharz vom Benzylethertyp mit einem polymeren Polyol zu mischen. Das Mischungsverhältnis von Polyol und Phenolharz vom Benzylethertyp kann entsprechend eingestellt werden, um die Festigkeit zu optimieren. Typischerweise liegt das Festigkeitsoptimum bei etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% Phenolharz vom Benzylethertyp, bezogen auf die Summe von Phenolharz vom Benzylethertyp und polymerem Polyol.The compositions of the present invention can react quickly, so that it is possible to blend the benzyl ether type phenolic resin with a polymeric polyol. The mixing ratio of polyol and benzyl ether type phenolic resin can be appropriately adjusted to optimize strength. Typically, the optimum strength is from about 20 to about 45 weight percent benzyl ether-type phenolic resin based on the sum of benzyl ether-type phenolic resin and polymeric polyol.
Korrosionsschutz:Corrosion protection:
Beschichtungen aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können den Korrosionsschutz verbessern, indem sie die Unterwanderung bspw. einer Salzlösung zwischen Metallblech und Beschichtung verhindern. Es wird angenommen, dass das Phenolharz vom Benzylethertyp die Haftung auf der Metalloberfläche erhöht. Weiterhin wurde gefunden, dass das Phenolharz vom Benzylethertyp die beschichtete Schicht weniger stark angreifbar machen, so quillt z.B. der beschichtete Film ohne Phenolharz vom Benzylethertyp in einer Salzlösung auf, wird weich und löst sich leichter vom Substrat. Diese Effekte können durch die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen deutlich reduziert werden oder finden erst gar nicht statt.Coatings made from the compositions according to the invention can improve the protection against corrosion by preventing, for example, a salt solution from penetrating between the sheet metal and the coating. It is believed that the benzyl ether type phenolic resin increases adhesion to the metal surface. Furthermore, it has been found that the benzyl ether type phenolic resin makes the coated layer less vulnerable, e.g., without the benzyl ether type phenolic resin, the coated film swells in a saline solution, becomes soft, and releases from the substrate more easily. These effects can be significantly reduced by the compositions according to the invention or do not occur at all.
Plastizität:Plasticity:
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zeigen vorzugsweise keine Erhöhung der Plastizität. Gleichzeitig ist aber auch nicht erkennbar, dass sie in blasenfreien Formkörpern eine erhöhte Sprödigkeit zeigen. Der Zusatz von Esterlösemitteln kann eine deutliche Erhöhung der Plastizität bei gleichzeitig erhöhter Festigkeit bewirken. Dem Fachmann ist bekannt, dass es sehr schwierig ist, die Plastizität und gleichzeitig die Festigkeit zu erhöhen.The compositions according to the invention preferably show no increase in plasticity. At the same time, however, it is also not evident that they show increased brittleness in bubble-free moldings. The addition of ester solvents can bring about a significant increase in plasticity while at the same time increasing strength. Those skilled in the art know that it is very difficult to increase plasticity and strength at the same time.
Erste KomponenteFirst component
Die erste Komponente umfasst
- (i-1) ein oder mehrere Phenolharze vom Benzylethertyp; und
- (ii-1) ein oder mehrere polymere Polyole, die von dem einem oder mehreren Phenolharzen vom Benzylethertyp verschieden ist.
- (i-1) one or more benzyl ether type phenolic resins; and
- (ii-1) one or more polymeric polyols other than the one or more benzyl ether type phenolic resins.
Die erste Komponente enthält bevorzugt keine Isocyanat-Verbindungen, da sie zu einer vorzeitigen Reaktion mit dem Phenolharz vom Benzylethertyp und mit dem polymeren Polyol neigen.The first component preferably does not contain isocyanate compounds since they tend to react prematurely with the benzyl ether-type phenolic resin and with the polymeric polyol.
Phenolharz vom BenzylethertypBenzyl ether type phenolic resin
In der ersten Komponente wird mindestens ein Phenolharz vom Benzylethertyp eingesetzt. Im Folgenden wird zur Vereinfachung diese Komponente als „Phenolharz vom Benzylethertyp“ bezeichnet. Es ist aber selbstverständlich, dass Mischungen von mehreren Phenolharzen vom Benzylethertyp von dieser Bezeichnung umfasst sind.At least one phenolic resin of the benzyl ether type is used in the first component. Hereinafter, for convenience, this component is referred to as “benzyl ether type phenolic resin”. However, it should be understood that mixtures of several benzyl ether type phenolic resins are encompassed by this term.
Zur Herstellung der Phenolharze vom Benzylethertyp sind alle herkömmlich verwendeten Phenol-Verbindungen geeignet. Neben unsubstituierten Phenolen können substituierte Phenole oder Gemische hiervon eingesetzt werden. Die Phenol-Verbindungen sind vorzugsweise entweder in beiden ortho-Positionen oder in einer ortho- und in der para-Position nicht substituiert. Die verbleibenden Ring-Kohlenstoffatome können substituiert sein. Die Wahl des Substituenten ist nicht besonders beschränkt, sofern der Substituent die Reaktion des Phenols mit dem Aldehyd nicht nachteilig beeinflusst.All conventionally used phenolic compounds are suitable for the preparation of the phenolic resins of the benzyl ether type. In addition to unsubstituted phenols, substituted phenols or mixtures thereof can be used. The phenolic compounds are preferably unsubstituted either in both ortho positions or in one ortho and para position. The remaining ring carbons can be substituted. The choice of substituent is not particularly limited as long as the substituent does not adversely affect the reaction of the phenol with the aldehyde.
Beispiele substituierter Phenole sind alkylsubstituierte, alkoxysubstituierte, arylsubstituierte und aryloxysubstituierte Phenole.Examples of substituted phenols are alkyl substituted, alkoxy substituted, aryl substituted and aryloxy substituted phenols.
Die grundsätzliche Struktur eines Phenolharzes vom Benzylethertyp weist neben -CH2-verknüpften Phenol-Einheiten -CH2-O-CH2- verknüpfte Phenol-Einheiten auf und lässt sich beispielhaft (in Bezug auf ein nur mit Formaldehyd umgesetztes Produkt) wie folgt darstellen:
Die unterschiedlichen Einheiten sind typischerweise statistisch verteilt (d.h. auch in anderer Reihenfolge als oben dargestellt verknüpft). Die Phenol-Einheit kann z.T. auch para-verknüpft sein. Hierin ist R1 jeweils unabhängig (insbesondere von m und n) Wasserstoff oder ein Alkyl- und/oder Alkenyl-Substituent von C1-C26 (gesättigt oder ungesättigt, geradkettig oder verzweigt) in ortho-, meta- oder para-Stellung zur phenolischen Hydroxy-Gruppe; die Summe von m und n beträgt mindestens etwa 2 und das Verhältnis m/n ist mindestens etwa 1, bevorzugt von etwa 9 : 1 bis etwa 1 : 9 (mol : mol); R ist unabhängig Wasserstoff, -CH3, -CH2OH oder -CH2O-R2 mit R2 = ein C1 bis C9 Kohlenwasserstoff. Der Rest R2 kann geradkettig oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R2 ein Methyl, Ethyl oder n-Butylrest oder eine Mischung davon. Es können etwa 5 bis etwa 40 mol%, bevorzugt etwa 6 bis etwa 35% und insbesondere bevorzugt etwa 8 bis etwa 25 mol% der -CH2OH Gruppen mit R2 verethert sein.The different units are typically statistically distributed (ie also linked in a different order than shown above). Some of the phenol unit can also be para-linked. Herein each R 1 is independently (especially m and n) hydrogen or a C1-C26 alkyl and/or alkenyl substituent (saturated or unsaturated, straight chain or branched) ortho, meta or para to the phenolic hydroxy -Group; the sum of m and n is at least about 2 and the ratio m/n is at least about 1, preferably from about 9:1 to about 1:9 (mol:mol); R is independently hydrogen, -CH 3 , -CH 2 OH or -CH 2 OR 2 with R 2 = a C1 to C9 hydrocarbon. The radical R 2 can be straight-chain or branched, saturated or unsaturated. In a preferred embodiment, R 2 is methyl, ethyl, or n-butyl, or mixtures thereof. About 5 to about 40 mol%, preferably about 6 to about 35% and more preferably about 8 to about 25 mol% of the —CH 2 OH groups can be etherified with R 2 .
Die vorstehend genannten Substituenten haben beispielsweise etwa 1 bis etwa 26, bevorzugt etwa 1 bis etwa 15 Kohlenstoffatome. Beispiele geeigneter Phenole sind o-Kresol, m-Kresol, p-Kresol, 3,5-Xylenol, 3,4-Xylenol, 3,4,5-Trimethylphenol, 3-Ethylphenol, 3,5-Diethylphenol, p-Butylphenol, 3,5-Dibutylphenol, p-Amylphenol, Cyclohexylphenol, p-Octylphenol, p-Nonylphenol, Cardanol, 3,5-Dicyclohexylphenol, p-Crotylphenol, p-Phenylphenol, 3,5-Dimethoxyphenol und p-Phenoxyphenol.The substituents mentioned above have, for example, about 1 to about 26, preferably about 1 to about 15 carbon atoms. Examples of suitable phenols are o-cresol, m-cresol, p-cresol, 3,5-xylenol, 3,4-xylenol, 3,4,5-trimethylphenol, 3-ethylphenol, 3,5-diethylphenol, p-butylphenol, 3,5-dibutyl phenol, p-amyl phenol, cyclohexyl phenol, p-octyl phenol, p-nonyl phenol, cardanol, 3,5-dicyclohexyl phenol, p-crotyl phenol, p-phenyl phenol, 3,5-dimethoxy phenol and p-phenoxy phenol.
Besonders bevorzugte phenolische Komponenten zur Synthese des Benzyletherharzes sind Phenol und/oder o-Kresol, und/oder Cardanol und/oder Cardol.Particularly preferred phenolic components for the synthesis of the benzyl ether resin are phenol and/or o-cresol and/or cardanol and/or cardol.
Auch höher kondensierte Phenole, wie Bisphenol A, sind geeignet. Darüber hinaus eignen sich auch mehrwertige Phenole, die mehr als eine phenolische Hydroxylgruppe aufweisen.Higher condensed phenols such as bisphenol A are also suitable. In addition, polyhydric phenols which have more than one phenolic hydroxyl group are also suitable.
Bevorzugte mehrwertige Phenole weisen 2 bis 4 phenolische Hydroxylgruppen auf. Spezielle Beispiele geeigneter mehrwertiger Phenole sind Brenzkatechin, Resorcin, Hydrochinon, Pyrogallol, Phloroglucin, 2,5-Dimethylresorcin, 4,5-Dimethylresorcin, 5-Methylresorcin, Cardol oder 5-Ethylresorcin. Es können auch Gemische aus verschiedenen ein- und mehrwertigen und/oder substituierten und/oder kondensierten Phenolkomponenten für die Herstellung des Phenolharzes vom Benzylethertyp verwendet werden.Preferred polyhydric phenols have 2 to 4 phenolic hydroxyl groups. Specific examples of suitable polyhydric phenols are catechol, resorcinol, hydroquinone, pyrogallol, phloroglucinol, 2,5-dimethylresorcinol, 4,5-dimethylresorcinol, 5-methylresorcinol, cardol or 5-ethylresorcinol. Mixtures of various mono- and polyhydric and/or substituted and/or condensed phenolic components can also be used in the preparation of the benzyl ether type phenolic resin.
In einer Ausführungsform werden Phenole der allgemeinen Formel I:
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Phenolharz vom Benzylethertyp aus Phenol-, o-Kresol- und Cardanol-Struktureinheiten. Die bevorzugten molaren Verhältnisse der einzelnen Struktureinheiten in der Benzyletherharzstruktur sind wie folgt:
- Phenol zu Cardanol im Bereich von etwa 10 : 1 bis etwa 99 : 1, bevorzugt von etwa 15 : 1 bis etwa 60 : 1; und/oder
- Phenol zu o-Kresol im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 10 : 1, bevorzugt von etwa 1,5 : 1 bis etwa 3,5 : 1; und/oder
- o-Kresol zu Cardanol im Bereich von etwa 5 : 1 bis etwa 30 : 1, bevorzugt von etwa 10 : 1 bis etwa 20: 1.
- phenol to cardanol ranging from about 10:1 to about 99:1, preferably from about 15:1 to about 60:1; and or
- phenol to o-cresol ranging from about 1:1 to about 10:1, preferably from about 1.5:1 to about 3.5:1; and or
- o-cresol to cardanol ranging from about 5:1 to about 30:1, preferably from about 10:1 to about 20:1.
Als weiteres Aldehyd zur Herstellung der Phenolharze vom Benzylethertyp eignen sich neben Formaldehyd auch zusätzlich Aldehyde der Formel:
Um Phenolharze vom Benzylethertyp zu erhalten, wird vorzugsweise eine mindestens äquivalente Molzahl an Aldehyd-Verbindung, bezogen auf die Molzahl der Phenol-Verbindungen, eingesetzt. Bevorzugt beträgt das Molverhältnis Aldehyd-Verbindung zu Phenol-Verbindung etwa 1,05 : 1,0 bis etwa 2,5 : 1, besonders bevorzugt etwa 1,1 : 1 bis etwa 2,2 : 1, insbesondere bevorzugt etwa 1,2 : 1 bis etwa 2,0 : 1.In order to obtain benzyl ether type phenolic resins, it is preferable to use at least an equivalent number of moles of aldehyde compound to the number of moles of phenol compounds. The molar ratio of aldehyde compound to phenol compound is preferably about 1.05:1.0 to about 2.5:1, particularly preferably about 1.1:1 to about 2.2:1, particularly preferably about 1.2: 1 to about 2.0:1.
Die Herstellung des Phenolharzes vom Benzylethertyp erfolgt nach dem Fachmann bekannten Verfahren. Dabei werden das Phenol und der Aldehyd in Gegenwart eines zweiwertigen Metallions, bei Temperaturen von vorzugsweise höchstens etwa 130°C umgesetzt. Das entstehende Wasser wird abdestilliert. Dazu kann der Reaktionsmischung ein geeignetes Schleppmittel zugesetzt werden, beispielsweise Toluol oder Xylol, oder die Destillation wird bei reduziertem Druck durchgeführt.The phenolic resin of the benzyl ether type is prepared according to methods known to those skilled in the art. In this case, the phenol and the aldehyde are reacted in the presence of a divalent metal ion, at temperatures of preferably at most about 130.degree. The water formed is distilled off. For this purpose, a suitable entraining agent, for example toluene or xylene, can be added to the reaction mixture, or the distillation is carried out under reduced pressure.
Zur Herstellung von Phenolharzen vom Benzylethertyp geeignete Katalysatoren sind Salze zweiwertiger Ionen von Metallen, wie Mn, Zn, Cd, Mg, Co, Ni, Fe, Pb, Ca und Ba, insbesondere Zn-Salze. Bevorzugt wird Zinkacetat verwendet. Die eingesetzte Menge ist nicht kritisch. Typische Mengen an Metallkatalysator betragen etwa 0,02 bis etwa 0,3 Gew.%, bevorzugt etwa 0,02 bis etwa 0,18 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge an Phenol-Verbindung und Aldehyd-Verbindung.Catalysts suitable for the production of phenolic resins of the benzyl ether type are salts of divalent ions of metals such as Mn, Zn, Cd, Mg, Co, Ni, Fe, Pb, Ca and Ba, especially Zn salts. Zinc acetate is preferably used. The amount used is not critical. Typical amounts of metal catalyst are about 0.02 to about 0.3% by weight, preferably about 0.02 to about 0.18% by weight, based on the total amount of phenolic compound and aldehyde compound.
Solche Harze sind z.B. in
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform für das Phenolharz vom Benzylethertyp kann das Verhältnis von freiem Phenol zu Saligenin eingestellt werden:
- Die erste Reaktionsstufe der Formaldehyd-Addition, bestehend aus einem Mol Phenol und einem Mol Formaldehyd, bildet Hydroxybenzylalkohol, insbesondere Saligenin. Aufgrund der orthoortho dirigierenden Wirkung des Metallkatalysators wird hauptsächlich
- The first reaction stage of formaldehyde addition, consisting of one mole of phenol and one mole of formaldehyde, forms hydroxybenzyl alcohol, in particular saligenin. Due to the orthoortho directing effect of the metal catalyst,
Das für das Beispiel Phenol genannte gilt auch für den phenolischen Grundkörper o-Kresol und m-Kresol. Mögliche Mischungen von Stellungsisomeren der -CH2-OH Gruppe sind an der ortho- oder para- und an der ortho- und para-Stellung. In einer weiteren Ausführungsform kann eine oder zwei -CH2-OH Gruppen mit einem C1 bis C9 Monoalkohol verethert sein. Dieser Monoalkohol kann geradkettig oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um Methanol, Ethanol oder n-Butanol.What is mentioned for the phenol example also applies to the phenolic base o-cresol and m-cresol. Possible mixtures of positional isomers of the -CH 2 -OH group are at the ortho or para and at the ortho and para position. In a further embodiment, one or two -CH 2 -OH groups can be etherified with a C1 to C9 monoalcohol. This monoalcohol can be straight-chain or branched, saturated or unsaturated. In a preferred embodiment, it is methanol, ethanol or n-butanol.
Wird als phenolischer Grundkörper Cardanol und/oder Cardol verwendet, so kann die -CH2-OH Gruppe sich an ortho- und/oder para-Position befinden, bspw. an der ortho- und ortho-, an ortho- und para- und an ortho-, ortho- und para-Stellung geknüpft sein. In einer weiteren Ausführungsform kann eine, zwei oder drei -CH2-OH Gruppen mit einem C1 bis C9 Monoalkohol verethert sein.If cardanol and/or cardol is used as the phenolic base, the —CH 2 —OH group can be in the ortho and/or para position, for example in the ortho and ortho, in the ortho and para and in be linked ortho, ortho and para positions. In a further embodiment, one, two or three -CH 2 -OH groups can be etherified with a C1 to C9 monoalcohol.
Dieser Monoalkohol kann geradkettig oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um Methanol, Ethanol oder n-Butanol.This monoalcohol can be straight-chain or branched, saturated or unsaturated. In a preferred embodiment, it is methanol, ethanol or n-butanol.
Monomere Additionsprodukte sind definiert als die erste Reaktionsstufe eines phenolischen Grundkörpers mit Formaldehyd, wobei bis zu drei Ringwasserstoffe des phenolischen Grundkörpers durch eine -CH2-OH Gruppe substituiert sein können. Monomere Additionsprodukte auf der Basis von Phenol weisen eine Molmasse von 124 g/mol (Hydroxybenzylalkohol) bis 184 g/mol (Phenol plus bis zu 3 -CH2OH) auf. Etwaige C1- bis C26-Alkylreste, die am phenolischen Grundkörper und/oder als Alkylrest an einer veretherten -CH2-OH Gruppe gebunden sind, sind nicht in den angegebenen Molgewichten enthalten.Monomeric addition products are defined as the first reaction stage of a phenolic base with formaldehyde, where up to three ring hydrogens of the phenolic base can be substituted by a —CH 2 —OH group. Monomeric addition products based on phenol have a molar mass of 124 g/mol (hydroxybenzyl alcohol) to 184 g/mol (phenol plus up to 3 -CH 2 OH). Any C1 to C26 alkyl radicals which are bonded to the phenolic parent structure and/or as an alkyl radical to an etherified -CH 2 -OH group are not included in the stated molecular weights.
Die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung enthält bevorzugt freies Phenol und freien Hydroxybenzylalkohol, wobei mindestens etwa 1,2 Gewichtsteile freier Hydroxybenzylalkohol pro 1 Gewichtsteil freies Phenol in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung enthalten sind. Stärker bevorzugt sind etwa 1,2 bis etwa 30, noch stärker bevorzugt von etwa 1,3 bis etwa 20, besonders bevorzugt von etwa 1,6 bis etwa 15 und insbesondere bevorzugt von etwa 1,8 bis etwa 13 Gewichtsteile freier Hydroxybenzylalkohol pro 1 Gewichtsteil freies Phenol in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung enthalten.The two-pack (2K) polyurethane composition preferably contains free phenol and free hydroxybenzyl alcohol, with at least about 1.2 parts by weight of free hydroxybenzyl alcohol per 1 part by weight of free phenol in the two-pack (2K) polyurethane composition. More preferably, there are from about 1.2 to about 30, even more preferably from about 1.3 to about 20, more preferably from about 1.6 to about 15, and most preferably from about 1.8 to about 13 parts by weight of free hydroxybenzyl alcohol per 1 part by weight free phenol contained in the two-component (2K) polyurethane composition.
Im Rahmen der Erfindung werden unter „Hydroxybenzylalkohol“ ortho-Hydroxybenzylalkohol, meta-Hydroxybenzylalkohol und para-Hydroxybenzylalkohol verstanden:
Die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung enthält in einer anderen bevorzugten Ausführungsform freies Phenol und freies Saligenin (o-Hydroxybenzylalkohol), wobei mindestens etwa 1,1 Gewichtsteile freies Saligenin (o-Hydroxybenzylalkohol) pro 1 Gewichtsteil freies Phenol in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung enthalten sind. Vorzugsweise sind etwa 1,1 bis etwa 25, bevorzugt von etwa 1,2 bis etwa 15, besonders bevorzugt von etwa 1,5 bis etwa 10 und insbesondere bevorzugt von etwa 1,8 bis etwa 8 Gewichtsteile freies Saligenin (o-Hydroxybenzylalkohol) pro 1 Gewichtsteil freies Phenol in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung enthalten.In another preferred embodiment, the two-part (2K) polyurethane composition contains free phenol and free saligenin (o-hydroxybenzyl alcohol) with at least about 1.1 parts by weight free saligenin (o-hydroxybenzyl alcohol) per 1 part by weight free phenol in the two-part (2K) polyurethane composition are included. Preferably there are from about 1.1 to about 25, preferably from about 1.2 to about 15, more preferably from about 1.5 to about 10, and most preferably from about 1.8 to about 8 parts by weight of free saligenin (o-hydroxybenzyl alcohol) per 1 part by weight of free phenol included in the two-component (2K) polyurethane composition.
Im Einzelnen meint Gewicht des Phenolharzes vom Benzylethertyp die Summe der Gewichte des Phenolharzes und der zugehörigen (freien) Monomere und Hydroxybenzylalkohole, wobei das Phenolharz das Umsetzungsprodukt von zumindest einer Formaldehyd-Verbindung und einer Phenol-Verbindung ist, einschließlich polymeranaloger Umsetzungsprodukte, wie z.B. der Alkoxylierung der Endgruppen.Specifically, the weight of the phenolic resin of the benzyl ether type means the sum of the weights of the phenolic resin and the associated (free) monomers and hydroxybenzyl alcohols, the phenolic resin being the reaction product of at least one formaldehyde compound and a phenolic compound, including polymer-analogous reaction products such as alkoxylation the end groups.
Der Gehalt an freiem Phenol beträgt, bezogen auf das Gewicht des Phenolharzes vom Benzylethertyp, vorzugsweise höchstens etwa 10,0 Gew.%, insbesondere höchstens etwa 8,0 Gew.%, stärker bevorzugt höchstens etwa 4,0 Gew.%, noch stärker bevorzugt höchstens etwa 2,0 Gew.%.The free phenol content is preferably at most about 10.0% by weight, more preferably at most about 8.0% by weight, more preferably at most about 4.0% by weight, based on the weight of the benzyl ether type phenolic resin at most about 2.0% by weight.
In einer Ausführungsform enthält die erste Komponente der 2K Polyurethanzusammensetzung höchstens etwa 1,0 Gew.% freies Phenol, bevorzugt höchstens etwa 0,8 Gew.-% freies Phenol und besonders bevorzugt etwa 0,6 Gew.-% freies Phenol.In one embodiment, the first component of the 2K polyurethane composition contains at most about 1.0% by weight free phenol, preferably at most about 0.8% by weight free phenol, and more preferably about 0.6% by weight free phenol.
Demzufolge beträgt der Gehalt an freiem Saligenin (o-Hydroxybenzylalkohol) in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung, in einer bevorzugten Ausführungsform, z.B. etwa 3,5 bis etwa 16,0 Gew.% oder etwa 1,6 bis etwa 12,0 Gew.% und der Gehalt an freiem Hydroxybenzylalkohol z.B. etwa 4,0 bis etwa 26,0 Gew.% oder etwa 2,0 bis etwa 13,0 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gewicht des Phenolharzes vom Benzylether-Typ.Accordingly, in a preferred embodiment, the level of free saligenin (o-hydroxybenzyl alcohol) in the two-component (2K) polyurethane composition is, e.g., about 3.5 to about 16.0% by weight, or about 1.6 to about 12. 0% by weight and the free hydroxybenzyl alcohol content, for example, about 4.0 to about 26.0% by weight or about 2.0 to about 13.0% by weight, each based on the weight of the benzyl ether type phenolic resin.
Demzufolge beträgt der Gehalt an freiem Saligenin, in einer bevorzugten Ausführungsform, (o-Hydroxybenzylalkohol) z.B. etwa 0,2 bis etwa 15,0 Gew.% oder etwa 0,25 bis etwa 12,0 Gew.% und der Gehalt an freiem Hydroxybenzylalkohol z.B. etwa 0,30 bis etwa 20,0 Gew.% oder etwa 0,40 bis etwa 15,0 Gew.%, jeweils bezogen auf die erste Komponente.Accordingly, in a preferred embodiment, the free saligenin (o-hydroxybenzyl alcohol) content is, for example, about 0.2 to about 15.0% by weight, or about 0.25 to about 12.0% by weight and the free hydroxybenzyl alcohol content for example about 0.30 to about 20.0% by weight or about 0.40 to about 15.0% by weight, in each case based on the first component.
Demzufolge beträgt der Gehalt an freiem Saligenin in einer bevorzugten Ausführungsform, z.B. etwa 0,10 bis etwa 10,0 Gew.% oder etwa 0,12 bis etwa 6,0 Gew.% und der Gehalt an freiem Hydroxybenzylalkohol z.B. etwa 0,15 bis etwa 15,0 Gew.% oder etwa 0,20 bis etwa 10,0 Gew.%, jeweils bezogen auf die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung.Accordingly, in a preferred embodiment, the content of free saligenin is, for example, about 0.10 to about 10.0% by weight or about 0.12 to about 6.0% by weight and the content of free hydroxybenzyl alcohol is, for example, about 0.15 to about 15.0% by weight or about 0.20 to about 10.0% by weight, in each case based on the two-component (2K) polyurethane composition.
Die Phenolharze vom Benzylethertyp können den erforderlichen Gehalt an freiem Hydroxybenzylalkohol, insbesondere freiem Saligenin, entweder durch Steuerung während oder nach der Bildungsreaktion des Phenolharzes vom Benzylethertyp enthalten oder durch Zugabe von Hydroxybenzylalkohol, insbesondere Saligenin, vor, nach oder während der Bildung des Phenolharzes, insbesondere nach der Bildung des Phenolharzes oder durch Zugabe zur ersten Komponente.The benzyl ether type phenolic resins can contain the required level of free hydroxybenzyl alcohol, especially free saligenin, either by controlling during or after the formation reaction of the benzyl ether type phenolic resin, or by adding hydroxybenzyl alcohol, especially saligenin, before, after or during the formation of the phenolic resin, especially after the formation of the phenolic resin or by addition to the first component.
Auch ist es möglich das Verhältnis von freiem Phenol zu freiem Hydroxybenzylalkohol, insbesondere zu Saligenin, im Phenolharz vom Benzylethertyp dadurch zu steuern, dass das freie Phenol (bzw. bevorzugt das freie Phenol) nachträglich aus dem Phenolharz vom Benzylether-Typ entfernt wird, z.B. durch Wasserdampfdestillation, Azeotrop-Destillation oder Auslaugen mit Wasser gemäß DIN 53704 und z.B. Filtration. Wenn gewünscht, kann auch nach diesem Schritt eine Zugabe von Hydroxybenzylalkohol, insbesondere Saligenin, erfolgen. Bevorzugt wird das Phenol:Saligenin Verhältnis über die Steuerung der Benzyletherharz-Synthese eingestellt.It is also possible to control the ratio of free phenol to free hydroxybenzyl alcohol, in particular to saligenin, in the benzyl ether type phenolic resin by subsequently removing the free phenol (or preferably the free phenol) from the benzyl ether type phenolic resin, e.g Steam distillation, azeotrope distillation or leaching with water according to DIN 53704 and e.g. filtration. If desired, hydroxybenzyl alcohol, in particular saligenin, can also be added after this step. The phenol:saligenin ratio is preferably adjusted via control of the benzyl ether resin synthesis.
Werden neben Phenol noch weitere phenolische Grundkörper verwendet, können auch diese noch jeweils in geringen Mengen bezogen auf das Benzyletherharz monomer vorhanden sein. Es ist beispielsweise möglich, dass die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung neben freiem Phenol zusätzlich freies Kresol und/oder Cardanol und/oder Cardol oder weitere Monomere enthält.If other phenolic bases are used in addition to phenol, these can also be present in small amounts, based on the monomeric benzyl ether resin. It is possible, for example, for the two-component (2K) polyurethane composition to contain free cresol and/or cardanol and/or cardol or other monomers in addition to free phenol.
Das Phenolharz vom Benzylethertyp enthält reaktionsbedingt noch Wasser. Dieses Wasser kann die Aushärtung stören und wird vorzugsweise möglichst vollständig entfernt. Deshalb liegt der Wassergehalt der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung in einer bevorzugten Ausführungsform bezogen auf das Phenolharz vom Benzylethertyp bei maximal etwa 0,90 Gew.%, stärker bevorzugt bei maximal etwa 0,85 Gew.% und insbesondere bevorzugt bei maximal etwa 0,750 Gew.%. Bezogen auf die erste Komponente liegt der Wassergehalt bevorzugt bei maximal etwa 0,35 Gew.%, stärker bevorzugt bei maximal etwa 0,32 Gew.% und insbesondere bevorzugt maximal etwa 0,25 Gew.%. Die Angaben beziehen sich auf das Gewicht der ersten Komponente ohne den Zusatz eines Trocknungsmittels. Der Wassergehalt kann mittels Karl-Fischer-Titration quantifiziert werden. Durch Zusatz eines optionalen Trocknungsmittel (beispielsweise Zeolithe/Schichtsilikate oder andere Molekularsiebe oder ortho-Ameisensäureester) kann der Gehalt an freiem Wasser weiter gesenkt werden.The phenolic resin of the benzyl ether type still contains water due to the reaction. This water can interfere with curing and is preferably removed as completely as possible. Therefore, in a preferred embodiment, the water content of the two-component (2K) polyurethane composition based on the phenolic resin of the benzyl ether type is at most about 0.90% by weight, more preferably at most about 0.85% by weight and particularly preferably at most about 0.85% by weight 0.750% by weight. Based on the first component, the water content is preferably at most about 0.35% by weight, more preferably at most about 0.32% by weight and particularly preferably at most about 0.25% by weight. The information relates to the weight of the first component without the addition of a drying agent. The water content can be quantified using Karl Fischer titration. The free water content can be reduced further by adding an optional drying agent (for example zeolites/layered silicates or other molecular sieves or orthoformic esters).
Das Phenolharz vom Benzylethertyp enthält reaktionsbedingt optional noch freien Alkohol aus beispielsweise R2. Dieser Gehalt an freiem Alkohol sollte vorzugsweise niedrig sein. Der Gehalt an freiem Alkohol liegt vorzugsweise, bezogen auf das Phenolharz vom Benzylethertyp, bei maximal etwa 3,0 Gew.%, bevorzugt bei maximal etwa 2,0 Gew.% und insbesondere bevorzugt bei maximal etwa 1,5 Gew.%. Bezogen auf die erste Komponente beträgt der Gehalt an freiem Alkohol vorzugsweise maximal etwa 1,0 Gew.%, stärker bevorzugt maximal etwa 0,75 Gew.% und insbesondere bevorzugt maximal etwa 0,50 Gew.%. Der Gehalt an freiem Alkohol kann bspw. mittels Gaschromatographie (Injektortemperatur 250°C, Agilent 7890A, Kapillarsäule HP5MS, 50m=l, 0,2mm=d, 0,3µm Belag, Temperaturrampe T=50°C-325°C) bestimmt werden.Depending on the reaction, the phenolic resin of the benzyl ether type optionally also contains free alcohol from, for example, R 2 . This free alcohol content should preferably be low. The content of free alcohol, based on the phenolic resin of the benzyl ether type, is preferably at most about 3.0% by weight, preferably at most about 2.0% by weight and particularly preferably at most about 1.5% by weight. Based on the first component, the content of free alcohol is preferably at most about 1.0% by weight, more preferably at most about 0.75% by weight and particularly preferably at most about 0.50% by weight. The content of free alcohol can be determined, for example, by means of gas chromatography (injector temperature 250°C, Agilent 7890A, capillary column HP5MS, 50m=l, 0.2mm=d, 0.3µm coating, temperature ramp T=50°C-325°C). .
Der Gehalt an freiem Formaldehyd beträgt, bezogen auf das Gewicht des Phenolharzes vom Benzylethertyp, vorzugsweise höchstens etwa 0,9 Gew.%, insbesondere höchstens etwa 0,7 Gew.%, stärker bevorzugt höchstens etwa 0,5 Gew.%., noch stärker bevorzugt höchstens etwa 0,3 Gew.% (KCN-Methode, DIN EN ISO 11402)The free formaldehyde content is preferably at most about 0.9% by weight, more preferably at most about 0.7% by weight, more preferably at most about 0.5% by weight, based on the weight of the benzyl ether type phenolic resin preferably at most about 0.3% by weight (KCN method, DIN EN ISO 11402)
Der Gehalt an freiem Formaldehyd beträgt bezogen auf die erste Komponente bevorzugt maximal etwa 0,10 Gew.%, stärker bevorzugt maximal etwa 0,06 Gew.% und besonders bevorzugt maximal etwa 0,01 Gew.%. Dieser kann durch die Reaktionsführung des Benzyletherharzes in diesem Bereich gehalten werden. Es ist aber auch möglich, den Gehalt an freiem Formaldehyd nachträglich mittels eines geeigneten Formaldehydfängers in der ersten Komponente zu senken. The content of free formaldehyde, based on the first component, is preferably at most about 0.10% by weight, more preferably at most about 0.06% by weight and particularly preferably at most about 0.01% by weight. This can be kept within this range by the reaction control of the benzyl ether resin. However, it is also possible to subsequently reduce the free formaldehyde content by means of a suitable formaldehyde scavenger in the first component.
Als geeignete Formaldehydfänger haben sich CH-acide Verbindungen, wie Malonsäureester, Acetoacetate (mit unterschiedlichen Alkyl- oder Arylgruppen z.B. Ethylacetoacetat), aber auch aminofunktionelle Verbindungen, wie Harnstoff, Ethylenharnstoff, Monoethanolamin, Aminosilane oder bestimmte Aminosäuren bewährt.CH-acidic compounds such as malonic acid esters, acetoacetates (with different alkyl or aryl groups, e.g. ethyl acetoacetate), but also amino-functional compounds such as urea, ethylene urea, monoethanolamine, aminosilanes or certain amino acids have proven to be suitable formaldehyde scavengers.
Das Gewichtsmittel der Molmasse (HPLC Agilent 1100, RI Detector, PSS SDV-Vorsäule 5µm, PSS SDV-Säule 5µm 1000 Ä, PSS SDV-Säule 5µm 100Ä, Flussmittel THF, Säulentemperatur 35°C, Kalibration gegen PSS Polystyrol ReadyCal-Kit low (Mp 266-67500 D, Interner Standard PSS Polystyrol ReadyCal-Kit low (Mp 266-67500 D) des Phenolharzes vom Benzylethertyp, ohne Phenol und ohne monomere Kondensationsprodukte beträgt vorzugsweise von etwa 350 bis etwa 4000 g/mol, besonders bevorzugt von etwa 400 bis etwa 3000 g/mol und insbesondere bevorzugt von etwa 500 bis etwa 2000 g/mol.The weight average molar mass (HPLC Agilent 1100, RI Detector, PSS SDV pre-column 5 µm, PSS SDV column 5 µm 1000 Å, PSS SDV column 5 µm 100 Å, flux THF, column temperature 35°C, calibration against PSS polystyrene ReadyCal-Kit low ( Mp 266-67500 D, Internal Standard PSS Polystyrene ReadyCal-Kit low (Mp 266-67500 D) of the phenolic resin of the benzyl ether type, without phenol and without monomeric condensation products, is preferably from about 350 to about 4000 g/mol, particularly preferably from about 400 to about 3000 g/mol and more preferably from about 500 to about 2000 g/mol.
Als weitere Charakterisierung kann die OHZ (OH-Zahl, bestimmt nach DIN 53240) des Phenolharzes vom Benzylethertyp dienen, die vorzugsweise von etwa 500 bis etwa 900 mg KOH/g, besonders bevorzugt von etwa 550 bis etwa 850 mg KOH/g und insbesondere bevorzugt von etwa 560 bis etwa 750 mg KOH/g beträgt.The OHN (OH number, determined according to DIN 53240) of the phenolic resin of the benzyl ether type can serve as a further characterization, which is preferably from about 500 to about 900 mg KOH/g, particularly preferably from about 550 to about 850 mg KOH/g from about 560 to about 750 mg KOH/g.
Polyolpolyol
Polyole unterteilen sich in polymere Polyole und nicht polymere Polyole.Polyols are divided into polymeric polyols and non-polymeric polyols.
Die erste Komponente enthält ein oder mehrere Polyole, die von dem einem oder den mehreren Phenolharzen vom Benzylethertyp verschieden ist/sind und typischerweise mindestens zwei primäre und/oder sekundäre Hydroxylgruppen enthalten.The first component contains one or more polyols other than the one or more benzyl ether-type phenolic resins and typically contains at least two primary and/or secondary hydroxyl groups.
Die polymeren Polyole sind nicht besonders beschränkt und können aus Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polycarbonatpolyolen, Polylactiden, hydroxyfunktionelle Polybutadienen, Acrylatpolyolen, Polytetramethylene Glycolen, Polysiloxanpolyolen, Novolaken und Kombinationen davon ausgewählt werden. Bevorzugt werden die Polyole aus Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polycarbonatpolyolen und Kombinationen davon ausgewählt. Besonders bevorzugt sind Polyetherpolyole.The polymeric polyols are not particularly limited and can be selected from polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, polylactides, hydroxy-functional polybutadienes, acrylate polyols, polytetramethylene glycols, polysiloxane polyols, novolaks, and combinations thereof. Preferably, the polyols are selected from polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, and combinations thereof. Polyether polyols are particularly preferred.
Polymere Polyole sind zumindest aus 4 Monomereinheiten aufgebaut (3+1-Regel). Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts der polymeren Polyolen beträgt bevorzugt von etwa 500 bis etwa 10.000 Da, stärker bevorzugt von etwa 750 bis etwa 9000 Da, noch stärker bevorzugt von etwa 1000 bis etwa 5000 Da, weiter stärker bevorzugt von etwa 1500 bis etwa 4500. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts kann mittels HPLC bestimmt werden (Agilent 1100, RI Detector, PSS SDV-Vorsäule 5µm, PSS SDV-Säule 5µm 1000 Ä, PSS SDV-Säule 5µm 100Ä, Flussmittel THF, Säulentemperatur 35°C, Kalibration gegen PSS Polystyrol ReadyCal-Kit low (Mp 266-67500 D), Interner Standard PSS Polystyrol ReadyCal-Kit low (Mp 266-67500 D)).Polymer polyols are made up of at least 4 monomer units (3+1 rule). The weight average molecular weight of the polymeric polyols is preferably from about 500 to about 10,000 Da, more preferably from about 750 to about 9000 Da, even more preferably from about 1000 to about 5000 Da, even more preferably from about 1500 to about 4500. The weight average The molecular weight can be determined using HPLC (Agilent 1100, RI Detector, PSS SDV pre-column 5 µm, PSS SDV column 5 µm 1000 Å, PSS SDV column 5 µm 100 Å, flux THF, column temperature 35°C, calibration against PSS polystyrene ReadyCal kit low (Mp 266-67500 D), internal standard PSS polystyrene ReadyCal kit low (Mp 266-67500 D)).
Polyetherpolyolepolyether polyols
Als polymeres Polyol eignen sich Polyetherpolyole, wie bspw. hydroxyfunktionelle Polyether, die durch Alkoxylierung von mehrfunktionalen Alkoholen (wie z.B. Glycerin, Glykole, Trimethylolpropan, Sorbit, Sachcharose oder Pentaerythrit) mit Alkylenoxid (wie z.B. Ethylenoxid (EO), Propylenoxid (PO) oder Butylenoxid (BO)) unter wasserfreien alkalischen Bedingungen (wie z.B. KOH) erhalten werden können. Als Startermolekül können auch aminische Verbindungen, wie Ethylendiamin und Triethanolamin, oder Gemische untereinander dienen. Durch die Konzentration der Alkalie (bspw. KOH) kann das Molekulargewicht beeinflusst werden. Als Startermolekül kann auch Wasser verwendet werden, dadurch werden z.B. Polyethylenglykole oder Polypropylenglykole erhalten. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts beträgt bspw. von etwa 500 bis etwa 10.000 Da, bevorzugt von etwa 750 bis etwa 9000 Da, stärker bevorzugt von etwa 1000 bis etwa 5000 Da, noch stärker bevorzugt von etwa 1500 bis etwa 4500.Suitable polymeric polyols are polyether polyols, such as hydroxy-functional polyethers, which are obtained by alkoxylating polyfunctional alcohols (such as glycerol, glycols, trimethylolpropane, sorbitol, sucrose or pentaerythritol) with alkylene oxide (such as ethylene oxide (EO), propylene oxide (PO) or butylene oxide (BO)) under anhydrous alkaline conditions (e.g. KOH). Aminic compounds, such as ethylenediamine and triethanolamine, or mixtures with one another can also serve as the starter molecule. The molecular weight can be influenced by the concentration of the alkali (e.g. KOH). Water can also be used as a starter molecule, thereby obtaining, for example, polyethylene glycols or polypropylene glycols. The weight average molecular weight is, for example, from about 500 to about 10,000 Da, preferably from about 750 to about 9000 Da, more preferably from about 1000 to about 5000 Da, even more preferably from about 1500 to about 4500.
Durch die Variation des Startermoleküls und der Alkoxylierungskomponenten können zahlreiche Verbindungen erhalten werden. So können Homopolymere mittels der Verwendung nur eines Alkoxylierungsmittels entstehen. Mischungen aus EO und/oder PO und/oder BO untereinander ergeben statistisch verteilte Copolymere. Blockcopolymere werden erhalten durch zeitlich versetzte Zugaben jeweils eines Alkoxylierungsmittels. Neben der anionischen Polymerisation mittels KOH ist ebenso der Einsatz von DMC-Katalysatoren möglich.Numerous compounds can be obtained by varying the starter molecule and the alkoxylation components. Thus, homopolymers can be formed using only one alkoxylating agent. Mixtures of EO and/or PO and/or BO with one another result in randomly distributed copolymers. Block copolymers are obtained by adding an alkoxylating agent at different times. In addition to anionic polymerization using KOH, the use of DMC catalysts is also possible.
Die Polyetherpolyole können etwa 1,5 bis etwa 8 primäre und/oder sekundäre Hydroxylgruppen enthalten, bevorzugt etwa 2 bis etwa 8 primäre und/oder sekundäre Hydroxylgruppen pro Molekül. The polyether polyols can contain from about 1.5 to about 8 primary and/or secondary hydroxyl groups, preferably from about 2 to about 8 primary and/or secondary hydroxyl groups per molecule.
Die OHZ (mg KOH/g) kann beispielsweise im Bereich von etwa 30 bis etwa 800, bevorzugt etwa 60 bis etwa 750 und insbesondere bevorzugt von etwa 100 bis etwa 700 betragen.The OHN (mg KOH/g) can be, for example, in the range from about 30 to about 800, preferably from about 60 to about 750 and particularly preferably from about 100 to about 700.
Polyesterpolyolepolyester polyols
Geeignete Polyesterpolyole können durch die Veresterung von mehrwertigen Carbonsäuren (z.B. Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Maleinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Fumarsäure, Hexahydrophthalsäure oder Tetrahydrophthalsäure) bzw. deren Anhydriden mit mehrwertigen Alkoholen, der Ringöffnung von cyclischen Estern wie Lactonen oder cyclischen Carbonaten oder aus der Umesterung von z.B. Dimethylestern von Dicarbonsäuren mit mehrwertigen Alkoholen hergestellt werden. Teilweise ist die Reaktion selbst katalysierend oder es werden Metallkatalysatoren oder organische Sulfonsäuren als Katalysator verwendet,Suitable polyester polyols can be obtained by esterifying polybasic carboxylic acids (e.g. phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, maleic acid, adipic acid, sebacic acid, fumaric acid, hexahydrophthalic acid or tetrahydrophthalic acid) or their anhydrides with polyhydric alcohols, ring opening of cyclic esters such as lactones or cyclic carbonates or from the Transesterification of, for example, dimethyl esters of dicarboxylic acids with polyhydric alcohols. Sometimes the reaction is self-catalyzing or metal catalysts or organic sulfonic acids are used as catalyst,
Die Polyesterpolyole haben mindestens zwei OH Gruppen , damit sich ein Netzwerk ausbilden kann. Bevorzugt beträgt die durchschnittliche Anzahl von OH Gruppen pro Polyesterpolyolmolekül etwa 2,1 bis etwa 3,5. Die verbleibende Restsäuremenge (berechnet als Säurezahl SZ in mg KOH/g) sollte gering gehalten werden, da diese mit NCO Gruppen zu unerwünschter Blasenbildung führen kann. Es ist erstrebenswert, eine SZ (bestimmt nach EN ISO 2114) von maximal etwa 2,0 anzustreben, bevorzugt maximal etwa 1,5.The polyester polyols have at least two OH groups so that a network can form. Preferably, the average number of OH groups per polyester polyol molecule is from about 2.1 to about 3.5. The remaining amount of residual acid (calculated as the acid number AN in mg KOH/g) should be kept low, as this can lead to undesirable bubble formation with NCO groups. It is desirable to strive for an SZ (determined according to EN ISO 2114) of at most about 2.0, preferably at most about 1.5.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts beträgt bspw. von etwa 500 bis etwa 10.000 Da, bevorzugt von etwa 750 bis etwa 9000 Da, stärker bevorzugt von etwa 1000 bis etwa 5000 Da, noch stärker bevorzugt von etwa 1500 bis etwa 4500.The weight average molecular weight is, for example, from about 500 to about 10,000 Da, preferably from about 750 to about 9000 Da, more preferably from about 1000 to about 5000 Da, even more preferably from about 1500 to about 4500.
Polycarbonatpolyolepolycarbonate polyols
Polycarbonatpolyole sind ebenfalls als polymeres Polyol geeignet. Sie können aus Polyolen und Dialkyl-, Cycloalkyl- oder Diarylcarbonaten in Gegenwart geeigneter Sn und Ti-Verbindungen oder DMC-Katalysatoren und erhöhten Temperaturen im Bereich von 200°C hergestellt werden können. Hierbei bestimmt das Molverhältnis der eingesetzten Komponenten aus Carbonat und Polyol die resultierende Molmassenverteilung des Polycarbonatpolyols. Gängige Carbonatverbindungen sind Diphenylcarbonat, Trimethylencarbonat, Neopentylglykolcarbonat, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiolcarbonat, 2,2-Dimethyl-1,3-butandiolcarbonat, 1,3-Butandiolcarbonat, 2-Methyl-1,3-propandiolcarbonat, 2,4-Pentandiolcarbonat, 2-Methylbutan-1,3-diolcarbonat, TMP-Monoallylethercarbonat und Pentaerythritdiallylethercarbonat. Klassische Polyole zur Herstellung von Polycarbonatpolyolen sind beispielsweise aliphatische oder cycloaliphatische Dihydroxyverbindungen wie Diethylenglykol, Triethylenglykol, Oligoethylenglykol, Thiodiglykol, die aus 1,2-Propylenoxid hergestellten Di- bzw. Polyglykole, Propylenglykole, Di-, Tri- und Tetrabutylenglykol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, Di-, Tri- und Tetrahexylenetherglykol, 1,8-Octandiol, Neopentylglykol, 2-Ethyl-1,6-hexandiol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 1,4-Cyclohexandiol, 1,3-Cyclohexandiol, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Glycerin, sowie deren Umsetzungsprodukte mit Ethylen- und Propylenoxid oder aromatische Diole wie p-Xylylenglykol. Durch einen Polyolüberschuss wird eine OH-Funktionalisierung des finalen Polycarbonatpolyols bereitgestellt.Polycarbonate polyols are also useful as the polymeric polyol. They can be prepared from polyols and dialkyl, cycloalkyl or diaryl carbonates in the presence of suitable Sn and Ti compounds or DMC catalysts and elevated temperatures in the range of 200°C. The molar ratio of the carbonate and polyol components used here determines the resulting molar mass distribution of the polycarbonate polyol. Common carbonate compounds are diphenyl carbonate, trimethylene carbonate, neopentyl glycol carbonate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol carbonate, 2,2-dimethyl-1,3-butanediol carbonate, 1,3-butanediol carbonate, 2-methyl-1,3-propanediol carbonate , 2,4-pentanediol carbonate, 2-methylbutane-1,3-diol carbonate, TMP monoallyl ether carbonate and pentaerythritol diallyl ether carbonate. Classic polyols for producing polycarbonate polyols are, for example, aliphatic or cycloaliphatic dihydroxy compounds such as diethylene glycol, triethylene glycol, oligoethylene glycol, thiodiglycol, the di- or polyglycols produced from 1,2-propylene oxide, propylene glycols, di-, tri- and tetrabutylene glycol, 1,5-pentanediol , 1,6-hexanediol, di-, tri- and tetrahexylene ether glycol, 1,8-octanediol, neopentyl glycol, 2-ethyl-1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1 ,3-cyclohexanediol, trimethylolpropane, trimethylolethane, glycerol and their reaction products with ethylene oxide and propylene oxide or aromatic diols such as p-xylylene glycol. Excess polyol provides OH functionalization of the final polycarbonate polyol.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts beträgt bspw. von etwa 500 bis etwa 10.000 Da, bevorzugt von etwa 750 bis etwa 9000 Da, stärker bevorzugt von etwa 1000 bis etwa 5000 Da, noch stärker bevorzugt von etwa 1500 bis etwa 4500.The weight average molecular weight is, for example, from about 500 to about 10,000 Da, preferably from about 750 to about 9000 Da, more preferably from about 1000 to about 5000 Da, even more preferably from about 1500 to about 4500.
Weitere polymere PolyoleOther polymeric polyols
Weiterhin können Polylactide, hydroxyfunktionelle Polybutadiene, Acrylatpolyole, Polytetramethylene Glycole, Polysiloxanpolyole und Harnstoffharze als polymere Polyole in der ersten Komponente Verwendung finden. Die vorstehend genannten Verbindungen enthalten typischerweise 2 bis 8 aliphatische Hydroxylgruppen.Furthermore, polylactides, hydroxy-functional polybutadienes, acrylate polyols, polytetramethylene glycols, polysiloxane polyols and urea resins can be used as polymeric polyols in the first component. The above compounds typically contain 2 to 8 aliphatic hydroxyl groups.
Mischungen von unterschiedlichen polymeren Polyolen sind selbstverständlich möglich.Mixtures of different polymeric polyols are of course possible.
Nichtpolymere hydroxyfunktionelle natürliche, oder ringgeöffnete Epoxidierungsprodukte von Triglyceriden wie z.B. Rizinusöl. Diese können bei Bedarf zugegeben werden, um gewünschte Eigenschaften zu erzielen. Diese enthalten mindestens 2 bis 8 Hydroxylgruppen.Non-polymeric hydroxy-functional natural or ring-opened epoxidation products of triglycerides such as castor oil. These can be added as needed to achieve desired properties. These contain at least 2 to 8 hydroxyl groups.
Zur Charakterisierung und Herstellung der genannten Polyolklassen wird auf das Buch „Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes, 2nd Edition“ Volume 1 von Mihail Ionescu verwiesen.For the characterization and preparation of the polyol classes mentioned, reference is made to the book "Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes, 2nd Edition" Volume 1 by Mihail Ionescu.
Die verwendeten Mengen an polymeren Polyolen sind nicht besonders limitiert. Die Mengen der polymeren Polyole, optionalen inerten und optionalen reaktiven Lösemittel und optionaler nicht polymerer Polyole sowie anderer Additive ergeben zusammen mit dem vorstehend erläuterten Phenolharz vom Benzylethertyp eine erste Komponente.The amounts of polymeric polyols used are not particularly limited. The amounts of polymeric polyols, optional inert and optional reactive solvents, and optional non-polymeric polyols and other additives together with the benzyl ether type phenolic resin discussed above constitute a first component.
Die polymeren Polyole sind bevorzugt in der ersten Komponente in einer Menge von etwa 2 bis etwa 95 Gew.%, stärker bevorzugt von etwa 5 bis etwa 95 Gew.% und insbesondere bevorzugt von etwa 10 bis etwa 95 Gew.% enthalten. Die erste Komponente enthält bevorzugt von etwa 2 bis etwa 60 Gew.% eines oder mehrerer Phenolharze vom Benzylethertyp, stärker bevorzugt von etwa 5 bis etwa 55 Gew.%, insbesondere bevorzugt von etwa 5 bis etwa 50 Gew.%. Optional können in der ersten Komponente noch inerte und/oder reaktive Lösemittel in einer Menge von 0 bis etwa 50 Gew.%, bevorzugt von etwa 1 bis etwa 45 Gew.% und besonders bevorzugt von etwa 2 bis etwa 40 Gew.% enthalten sein. Es ist möglich, jeweils aus den genannten Stoffklassen auch mehrere inerte und/oder reaktive Lösemittel, Polyole oder Phenolharze vom Benzylethertyp zu mischen.The polymeric polyols are preferably present in the first component in an amount of from about 2% to about 95% by weight, more preferably from about 5% to about 95% by weight, and most preferably from about 10% to about 95% by weight. The first component preferably contains from about 2 to about 60% by weight of one or more benzyl ether-type phenolic resins, more preferably from about 5 to about 55% by weight, most preferably from about 5 to about 50% by weight. Optionally, the first component can also contain inert and/or reactive solvents in an amount of 0 to about 50% by weight, preferably from about 1 to about 45% by weight and particularly preferably from about 2 to about 40% by weight. It is also possible to mix several inert and/or reactive solvents, polyols or phenolic resins of the benzyl ether type from each of the classes of substances mentioned.
Zweite Komponentesecond component
Die zweite Komponente umfasst eine Isocyanatformulierung, die aus einem oder mehreren Isocyanat-Verbindungen besteht, wobei mindestens eine Isocyanat-Verbindung zumindest 2 Isocyanat-Gruppen pro Molekül aufweist.The second component comprises an isocyanate formulation consisting of one or more isocyanate compounds, with at least one isocyanate compound having at least 2 isocyanate groups per molecule.
Die zweite Komponente enthält bevorzugt kein Phenolharz vom Benzylethertyp oder Polyol, da sie zu einer vorzeitigen Reaktion mit der Isocyanat-Verbindung neigen.The second component preferably does not contain a benzyl ether type phenolic resin or polyol because they tend to react prematurely with the isocyanate compound.
Isocyanatformulierungisocyanate formulation
Die Isocyanatformulierung besteht aus einem oder mehreren Isocyanat-Verbindungen und umfasst eine oder mehrere Isocyanat-Verbindungen mit zumindest 2 Isocyanat-Gruppen pro Molekül.The isocyanate formulation consists of one or more isocyanate compounds and includes one or more isocyanate compounds having at least 2 isocyanate groups per molecule.
Die Isocyanat-Verbindungen mit zumindest 2 Isocyanat-Gruppen pro Molekül können monomer, oligomer oder polymer vorliegen und weisen die allgemeine Formel R(NCO)z auf, wobei R ein polyvalenter organischer Rest ist, der einen aromatischen, aliphatischen, cycloaliphatischen oder araliphatischen Rest aufweist und z eine ganze Zahl von mindestens 2 (bspw. 2 bis 4) ist. Beispiele sind Ethylendiisocyanat, 1,4-Butylendiisocyanat, 1,5-Pentandiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,12-Dedecandiisocyanat, Cyclobutan-1,3-diisocyanat, Cyclohexan-1,3-diisocyanat und Cyclohexan-1,4-diisocyanat und Mischungen dieser Isomere, Isophorondiisocyanat, 2,4- und 2,6-Hexanhydrotoluylendiisocyanat und Mischungen dieser Isomere, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat, Bis(4,4',2,4' und 2,2'isocyanatocyclohexyl)methan oder Mischungen dieser Isomeren, 1,3-Diisocyanato-o-xylol und Mischungen weitere Xylolisomere, m-Phenylendiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat, 2,4-Toluylendiisocyanat, 2,2'-Diphenylmethandisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandisocyanat, oligomeres MDI, welches mindestens drei aromatische Kerne aufweist, 1,5-Naphthalindiisocyanat, 4,4'-Biphenylendiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4.4'diphenylmethandiisocyanat, 3,3'-Dimethyldiphenylmethan-4-4'-diisocyanat, Triisocyanate, wie 4,4,4'''-Triphenylmethantriisocyanat und 2,4,6-Toluoltriisocyanat, Tetraisocyanate, wie 4,4'-Dimethyl-2,2'-5,5'-diphenylmethantetraisocyanat sowie 1,3- und/oder 1,4-Bis-(2-isocyanato-prop-2-yl)-benzol (TMXDI) und 1,3-Bis-(isocyanatomethyl)benzol (XDI).The isocyanate compounds with at least 2 isocyanate groups per molecule can be monomeric, oligomeric or polymeric and have the general formula R(NCO) z , where R is a polyvalent organic radical which has an aromatic, aliphatic, cycloaliphatic or araliphatic radical and z is an integer of at least 2 (e.g. 2 to 4). Examples are ethylene diisocyanate, 1,4-butylene diisocyanate, 1,5-pentane diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,12-dedecane diisocyanate, cyclobutane-1,3-diisocyanate, cyclohexane-1,3-diisocyanate and cyclohexane-1,4- diisocyanate and mixtures of these isomers, isophorone diisocyanate, 2,4- and 2,6-hexanehydrotoluylene diisocyanate and mixtures of these isomers, 2,2,4- and/or 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, bis(4,4',2,4 'And 2,2'isocyanatocyclohexyl)methane or mixtures of these isomers, 1,3-diisocyanato-o-xylene and mixtures of other xylene isomers, m-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane isocyanate, 2 ,4'-diphenylmethane isocyanate, 4,4'-diphenylmethane isocyanate, oligomeric MDI having at least three aromatic nuclei, 1,5-naphthalene diisocyanate, 4,4'-biphenylene diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3 '-dimethyldiphenylmethane-4,4'-diisocyanate, triisocyanates such as 4,4,4'''-triphenylmethane triisocyanate and 2,4,6-toluene triisocyanate, tetraisocyanates such as 4,4'-dimethyl-2,2'-5,5'-diphenylmethane tetraisocyanate and 1,3- and/or 1,4-bis-(2-isocyanato-prop-2-yl)-benzene (TMXDI) and 1,3-bis(isocyanatomethyl)benzene (XDI).
Der NCO Gehalt des verwendeten Polyisocyanats (Gewicht der NCO Gruppe mit Bezug auf das Gewicht des Isocyanatmoleküls) beträgt bevorzugt mindestens etwa 17 Gew.-%, stärker bevorzugt mindestens etwa 27 Gew.% und besonders bevorzugt mindestens etwa 30 Gew.-%. Die Viskosität (25°C, nach DIN 53019-1) des Isocyanates sollte höchstens etwa 3000 mPas, bevorzugt höchstens etwa 2500 mPas und besonders bevorzugt höchstens etwa 1500 mPas betragen.The NCO content of the polyisocyanate used (weight of the NCO group based on the weight of the isocyanate molecule) is preferably at least about 17% by weight, more preferably at least about 27% by weight and most preferably at least about 30% by weight. The viscosity (25° C., according to DIN 53019-1) of the isocyanate should be at most about 3000 mPas, preferably at most about 2500 mPas and particularly preferably at most about 1500 mPas.
Je nach den gewünschten Eigenschaften können auch Gemische von Isocyanaten eingesetzt werden.Depending on the desired properties, mixtures of isocyanates can also be used.
Die Isocyanate können auch derivatisiert sein, indem zweiwertige Isocyanate derart miteinander umgesetzt werden, dass ein Teil ihrer Isocyanatgruppen zu Biuret-, Allophanat-, Uretdion-, Isocyanurat-, Carbodiimid-, Urethonimingruppen derivatisiert sind. Interessant sind z.B. Uretdion-Gruppen aufweisende Dimerisierungsprodukte, z.B. von MDI oder TDI. Derartige derivatisierte Isocyanate werden vorzugsweise aber nur als ein Bestandteil neben obigen nicht-derivatisierten Isocyanaten eingesetzt.The isocyanates can also be derivatized by reacting difunctional isocyanates with one another in such a way that some of their isocyanate groups are derivatized to biuret, allophanate, uretdione, isocyanurate, carbodiimide, urethonimine groups. Interesting are, for example, dimerization products containing uretdione groups, e.g. of MDI or TDI. Such derivatized isocyanates are preferably used only as a component in addition to the above non-derivatized isocyanates.
Prepolymere mit IsocyanatterminierungIsocyanate terminated prepolymers
Neben monomeren und polymeren Polyisocyanaten können auch Isocyanat-terminierte Prepolymere eingesetzt werden. Beispielsweise werden solche Prepolymere durch Umsetzung von OH-, NH-, NH2 und SH-haltigen Polymeren oder Monomeren mit einem Diisocyanatüberschuss gewonnen. Diese Prepolymere zeichnen sich durch hervorragende Kompatibilität mit anderen Isocyanaten oder anderen Reaktionskomponenten aus und können darüber hinaus den Vernetzungsgrad der Isocyanatkomponente erhöhen. In einer Folge bildet sich ein robustes und homogenes Polyurethannetzwerk aus. Diese Prepolymere können beispielsweise aus Monomeren HO-, HN-, H2N- und/oder HS-haltiger Komponenten wie Rizinusöl hergestellt werden, sowie aus HO-, HN-, H2N- und/oder HS-haltigen Polymeren durch Umsetzung mit Polyisocyanaten. Hierbei sind folgende Arten der Isocyanat-Terminierung wie bspw. aliphatisch und/oder cycloaliphatisch und/oder aromatisch oder Mischungen daraus denkbar. Ebenso sind auch Teil-Isocyanatterminierungen denkbar. Die Menge an Isocyanat-terminierten Prepolymeren kann bspw. bis zu 100% betragen. Mischungen verschiedener Prepolymere mit Isocynatterminierung untereinander und mit weiteren Isocyanatverbindungen bzw. Derivatisierungen sind möglich.In addition to monomeric and polymeric polyisocyanates, isocyanate-terminated prepolymers can also be used. For example, such prepolymers are obtained by reacting OH-, NH-, NH 2 and SH-containing polymers or monomers with an excess of diisocyanate. These prepolymers feature excellent compatibility with other isocyanates or other reaction components and can also increase the degree of crosslinking of the isocyanate component. As a result, a robust and homogeneous polyurethane network is formed. These prepolymers can be produced, for example, from monomers containing HO, HN, H 2 N and/or HS components such as castor oil, and from polymers containing HO, HN, H 2 N and/or HS by reaction with polyisocyanates. The following types of isocyanate termination are conceivable here, such as, for example, aliphatic and/or cycloaliphatic and/or aromatic or mixtures thereof. Partial isocyanate terminations are also conceivable. For example, the amount of isocyanate-terminated prepolymers can be up to 100%. Mixtures of different prepolymers with isocyanate termination with each other and with other isocyanate compounds or derivatizations are possible.
Weiterhin können auch geblockte Isocyanate und/oder Monoisocyanate in der Isocyanatformulierung enthalten sein, wobei die Menge in der Regel etwa 10 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Isocyanatformulierung nicht übersteigen sollte.The isocyanate formulation can also contain blocked isocyanates and/or monoisocyanates, in which case the amount should generally not exceed about 10% by weight, based on the weight of the isocyanate formulation.
Das Verhältnis der Isocyanat-reaktiven Gruppen (d.h. die Summe der HO-, H2N-, HN- und HS-Gruppen) zu Isocyanatgruppen in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung wird üblicherweise so gewählt, dass das Molverhältnis von Isocyanat-reaktiven Gruppen zu Isocyanatgruppen von etwa 1,5:1 bis etwa 1:1,5, vorzugsweise etwa 1,3:1 bis etwa 1:1,3, stärker bevorzugt etwa 1,2:1 bis etwa 1:1,2 beträgt.The ratio of the isocyanate-reactive groups (ie the sum of the HO, H 2 N, HN and HS groups) to isocyanate groups in the two-component (2K) polyurethane composition is usually chosen so that the molar ratio of isocyanate reactive groups to isocyanate groups is from about 1.5:1 to about 1:1.5, preferably from about 1.3:1 to about 1:1.3, more preferably from about 1.2:1 to about 1:1.2 .
Das Gewichtsverhältnis von erster zu zweiter Komponente in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung wird üblicherweise von etwa 1,8:1 bis etwa 1:1,8, vorzugsweise etwa 1,5:1 bis etwa 1:1,5, stärker bevorzugt etwa 1,4:1 bis etwa 1:1,4 gewählt.The weight ratio of the first to second components in the two-component (2K) polyurethane composition is typically increased from about 1.8:1 to about 1:1.8, preferably from about 1.5:1 to about 1:1.5 preferably chosen from about 1.4:1 to about 1:1.4.
Die zweite Komponente enthält bevorzugt von etwa 50 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-%, stärker bevorzugt von etwa 60 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-% Isocyanatformulierung. Optional können in der zweiten Komponente noch inerte und/oder reaktive Lösemittel in einer Menge von 0 bis etwa 50 Gew.%, bevorzugt von etwa 0 Gew.-% bis etwa 40 Gew.% und besonders bevorzugt von etwa 0 Gew.-% bis etwa 30 Gew.% enthalten sein. Es ist möglich, jeweils aus den genannten Stoffklassen auch mehrere inerte und/oder reaktive Lösemittel oder Isocyanate zu mischen.The second component preferably contains from about 50% to about 100%, more preferably from about 60% to about 100% by weight isocyanate formulation. Optionally, inert and/or reactive solvents can also be present in the second component in an amount of from 0 to about 50% by weight, preferably from about 0% by weight to about 40% by weight and particularly preferably from about 0% by weight to about 30% by weight. It is also possible to mix several inert and/or reactive solvents or isocyanates from each of the classes of substances mentioned.
Lösemittelsolvent
Ein Zusatz von hochsiedenden Lösemitteln kann eine Erhöhung der Festigkeit und eine deutliche Erhöhung der Plastizität ergeben. Dem Fachmann ist bekannt, dass es sehr schwierig ist, die Plastizität und gleichzeitig die Festigkeit zu erhöhen. Als besonders geeignet haben sich in dieser Hinsicht hochsiedende Ester erwiesen.The addition of high-boiling solvents can result in an increase in strength and a significant increase in plasticity. Those skilled in the art know that it is very difficult to increase plasticity and strength at the same time. High-boiling esters have proven to be particularly suitable in this regard.
Sowohl die erste wie auch die zweite Komponente können Lösemittel enthalten. Dadurch werden spätere Eigenschaften der ausgehärteten Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung und z.B. die Viskositäten der beiden Komponenten beeinflusst.Both the first and the second component can contain solvents. This affects later properties of the cured two-component (2K) polyurethane composition and e.g. the viscosities of the two components.
Inerte LösemittelInert solvents
Die Lösemittel können inerte Lösemittel sein. Unter inerten Lösemitteln werden Lösemittel verstanden, die nicht direkt in das Polyurethannetzwerk eingebaut werden können, d.h. diese sind frei von Hydroxyl-, Mercaptan-, Epoxy-, Amino- und Isocyanatgruppen. Als geeignete Lösemittel eignen sich polare und/oder unpolare Lösemittel oder Mischungen davon. Geeignete Lösemittel sind z.B. die unter der Bezeichnung Solvent Naphtha bekannten aromatischen Lösemittel. Ausgehend von Benzol sind an dem aromatischen Ring unabhängig voneinander Alkyl- und/oder Alkenylgruppen substituiert, welche eine Kettenlänge von C1 bis C30, bevorzugt von C1 bis C20 und insbesondere bevorzugt von C1 bis C16 aufweisen. Unabhängig voneinander können ein bis sechs Ringwasserstoffe des Benzols gegen ein Alkyl- und/oder Alkenylrest substituiert sein, bevorzugt werden 1 bis 4, besonders bevorzugt 1 bis 3 Ringwasserstoffe substituiert. Unabhängig davon kann die Alkyl- oder Alkenylkette geradkettig oder verzweigt sein.The solvents can be inert solvents. Inert solvents are solvents that cannot be incorporated directly into the polyurethane network, i.e. they are free of hydroxyl, mercaptan, epoxy, amino and isocyanate groups. Suitable solvents are polar and/or non-polar solvents or mixtures thereof. Suitable solvents are, for example, the aromatic solvents known under the name Solvent Naphtha. Starting from benzene, alkyl and/or alkenyl groups are substituted independently of one another on the aromatic ring and have a chain length of C1 to C30, preferably C1 to C20 and particularly preferably C1 to C16. Independently of one another, one to six ring hydrogens of the benzene can be substituted by an alkyl and/or alkenyl radical, preference being given to 1 to 4, particularly preferably 1 to 3, ring hydrogens being substituted. Irrespective of this, the alkyl or alkenyl chain can be straight-chain or branched.
Weiterhin können sauerstoffreiche, organische Lösemittel verwendet werden. Geeignet sind vor allem aliphatische, aromatische, oder cycloaliphatische Dicarbonsäureester, Glykoletherester, Glykoldiester, Glykoldiether, cyclische Ketone, cyclische Ester (Lactone), cyclische Carbonate, Acetale, Halbacetale und Kieselsäureester.Furthermore, oxygen-rich, organic solvents can be used. Above all, aliphatic, aromatic or cycloaliphatic dicarboxylic acid esters, glycol ether esters, glycol diesters, glycol diethers, cyclic ketones, cyclic esters (lactones), cyclic carbonates, acetals, hemiacetals and silicic acid esters are suitable.
Geeignet sind bspw. Mono- und Dicarbonsäureester mit einer C-Kette in der Carbonsäure von C6 bis C22 und einer C-Kette in dem veresterten Alkohol von C1-C18 wie z.B. Fettsäuremethylester, Ethylhexylfettsäureester, Fettsäurebutylester, Dioctyladipat, Fettsäureisopropylester oder Hexahydrophthalsäureester. Aber auch Dimerfettsäureester, Guerbetalkoholester und Triglyceride kommen in Betracht. Diese hochsiedenden Esterlösemittel können überraschend die Plastizität erhöhen.Suitable are, for example, mono- and dicarboxylic acid esters with a carbon chain in the carboxylic acid from C6 to C22 and a carbon chain in the esterified alcohol from C1-C18 such as fatty acid methyl ester, ethylhexyl fatty acid ester, fatty acid butyl ester, dioctyl adipate, fatty acid isopropyl ester or hexahydrophthalic ester. However, dimeric fatty acid esters, Guerbet alcohol esters and triglycerides are also suitable. Surprisingly, these high-boiling ester solvents can increase plasticity.
Bevorzugte Lösemittel weisen einen Siedepunkt (bei 1013 mbar) von mindestens etwa 100 °C, besonders bevorzugt mindestens etwa 170°C und insbesondere bevorzugt mindestens etwa 185°C auf. Bevorzugt werden Lösemittel, die in der ausgehärteten Polymermatrix nicht an die Oberfläche migrieren.Preferred solvents have a boiling point (at 1013 mbar) of at least about 100°C, more preferably at least about 170°C and most preferably at least about 185°C. Solvents which do not migrate to the surface in the cured polymer matrix are preferred.
Verschiedene Klassen von inerten Lösemitteln können untereinander und in der jeweiligen Komponente der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung gemischt werden.Different classes of inert solvents can be mixed with each other and in the respective component of the two-component (2K) polyurethane composition.
Bezogen auf die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung können 0 bis etwa 40 Gew.-% inerte Lösemittel, bevorzugt 0 bis etwa 30 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 0 bis etwa 25 Gew.-% inerte Lösesmittel enthalten sein. In einer Ausführungsform enthält die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung inerte Lösemittel.Based on the two-component (2K) polyurethane composition, 0 to about 40% by weight of inert solvents, preferably 0 to about 30% by weight and particularly preferably 0 to about 25% by weight of inert solvents can be present. In one embodiment, the two-component (2K) polyurethane composition contains inert solvents.
Wenn ein inertes Lösemittel in der ersten Komponente eingesetzt wird, können 0 bis etwa 50 Gew.-% inerte Lösemittel, bevorzugt etwa 1 bis etwa 45 Gew.-% und insbesondere bevorzugt etwa 2 bis etwa 40 Gew.-% inertes Lösemittel, bezogen auf die erste Komponente, eingesetzt werden. In einer Ausführungsform enthält die erste Komponente inertes Lösemittel.If an inert solvent is used in the first component, 0 to about 50% by weight inert solvent, preferably about 1 to about 45% by weight and more preferably about 2 to about 40% by weight inert solvent, based on the first component, are used. In one embodiment, the first component contains inert solvent.
Reaktive LösemittelReactive solvents
Zusätzlich zu dem Benzyletherharz und dem polymeren Polyol kann die erste Komponente gegebenenfalls ein reaktives Lösemittel enthalten. Unter einem reaktiven Lösemittel werden Lösemittel verstanden, die in das Polyurethannetzwerk eingebaut werden können, die Viskosität verringern und ggf. den Verlauf verbessern, d.h. diese enthalten Hydroxyl- und/oder Mercaptan- und/oder Aminogruppen.In addition to the benzyl ether resin and the polymeric polyol, the first component may optionally contain a reactive solvent. A reactive solvent is understood to mean solvents which can be incorporated into the polyurethane network, reduce the viscosity and possibly improve flow, i.e. these contain hydroxyl and/or mercaptan and/or amino groups.
Geeignete reaktive Lösemittel sind z.B. Diacetonalkohol, Glycerin, Polyglycerine, partiell veresterte Glycerine, Ethylenglycol, Diethylenglycol, Propylenglykol, Dipropylenglykol Butandiol, Methylpropandiol, freies Cardanol, freies Cardol oder Rizinusölfettsäureester. Weiterhin geeignet sind auch Monoalkohole mit einer Hydroxylgruppe und einer gesättigten oder ungesättigten, geradkettigen oder verzweigten Kette von etwa 2 bis etwa 36 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Ethanol, Ethylhexanol, Oleylalkohol, Guerbetalkohole oder Dimerdiole.Examples of suitable reactive solvents are diacetone alcohol, glycerol, polyglycerols, partially esterified glycerols, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, butanediol, methylpropanediol, free cardanol, free cardol or castor oil fatty acid esters. Also suitable are monoalcohols having a hydroxyl group and a saturated or unsaturated, straight-chain or branched chain of about 2 to about 36 carbon atoms, such as ethanol, ethylhexanol, oleyl alcohol, Guerbet alcohols or dimer diols.
Verschiedene Klassen von inerten bzw. reaktiven Lösemitteln können untereinander und in der jeweiligen Komponente der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung gemischt werden.Different classes of inert or reactive solvents can be mixed with one another and in the respective component of the two-component (2K) polyurethane composition.
Optionale AdditiveOptional additives
Die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung kann bei Bedarf Additive enthalten. Die optionalen Additive können in der ersten Komponente und/oder in der zweiten Komponente vorhanden sein oder getrennt von der ersten und zweiten Komponente zugegeben werden.The two-component (2K) polyurethane composition can contain additives if necessary. The optional additives can be present in the first component and/or in the second component or added separately from the first and second components.
Zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften können optional weitere übliche Additive wie Benetzungshilfsmittel (z.B. Tenside), Verlaufshilfsmittel (z.B. auf Silikon basierende Additive wie Polysiloxane oder Silikonadditive), Verarbeitungszeitregler (Säuren und Basen), oder Hydrophobierungsmittel (Wachse), Entschäumer oder Entlüfter eingesetzt werden. Ebenso ist die Zugabe von Pigmenten und/oder Farbpasten zur farblichen Kenntlichmachung möglich.To improve the processing properties, other customary additives such as wetting agents (e.g. surfactants), leveling agents (e.g. silicone-based additives such as polysiloxanes or silicone additives), processing time regulators (acids and bases), or hydrophobing agents (waxes), defoamers or deaerators can optionally be used. It is also possible to add pigments and/or color pastes for color identification.
Zur Verlängerung der Topfzeit können der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung übliche Reaktionsverzögerer zur ersten und/oder zweiten Komponente zugefügt werden wie z.B. Phosphoroxychlorid, Phenylphosphonsäuredichlorid, Säurechloride, Salicylsäure, Sulfonsäuren, Carbonsäuren oder Phosphorsäurehalbester.To extend the pot life of the two-component (2K) polyurethane composition, customary reaction retarders can be added to the first and/or second component, such as Phosphoro xychloride, phenylphosphonic acid dichloride, acid chlorides, salicylic acid, sulfonic acids, carboxylic acids or phosphoric acid monoesters.
Zur Erhöhung der Haftung auf anorganischen, organischen oder hybriden Oberflächen, kann es vorteilhaft sein, in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung z.B. Silanverbindungen als Haftvermittler zu verwenden. Geeignet sind hier alle gängigen Silane, die sich in der Zusammensetzung lösen lassen. Genannt seien hier ein oder zwei Silylgruppen enthaltende gamma-Propyl- oder alpha-Silane, mit mindestens einer organischen funktionellen Gruppe, wie z.B. Epoxy-, Isocyanat-, Vinyl-, primäre oder sekundäre Amino-, Ureido-, Mercapto- oder Methacrylgruppen.To increase adhesion on inorganic, organic or hybrid surfaces, it can be advantageous to use e.g. silane compounds as adhesion promoters in the two-component (2K) polyurethane composition. All common silanes that can be dissolved in the composition are suitable here. Mention may be made here of gamma-propyl or alpha-silanes containing one or two silyl groups and having at least one organic functional group, such as epoxy, isocyanate, vinyl, primary or secondary amino, ureido, mercapto or methacrylic groups.
Zur Verbesserung des Flammschutzes kann der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung ein organisches und/oder anorganisches Flammschutzmittel zugesetzt werden. Diese können bspw. brom- und/oder phosphorhaltige, intumeszierende Verbindungen oder anorganische Feststoffe sein.To improve flame retardancy, an organic and/or inorganic flame retardant can be added to the two-component (2K) polyurethane composition. These can be, for example, bromine- and/or phosphorus-containing, intumescent compounds or inorganic solids.
Es ist bevorzugt, dass die 2K Polyurethanzusammensetzung keine Verbindung enthält, die Epoxidgruppen aufweist.It is preferred that the 2K polyurethane composition does not contain any compound that has epoxy groups.
Optionale FüllstoffeOptional fillers
Die erfindungsgemäße Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung kann optional einen oder mehrere Füllstoffe enthalten. Die Füllstoffe ermöglichen eine Einstellung der Festigkeit, Plastizität, Schrumpfung und der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit sowie des Korrosionsschutzes. Geeignete Füllstoffe sind feinvermahlene oder pulvrige anorganische oder organische Feststoffe, die sich in der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung dispergieren lassen und nicht oder nur schwer lösen. Beispiele für organische Füllstoffe sind z.B. Holzmehl, Lignin, Cellulose, Korkmehle, und gemahlene Kunststoffe. Beispiele für anorganische Füllstoffe sind z.B. Oxide, Sulfate, Silikate, Carbonate, Phosphate oder Hydroxide bzw. Mischsalze von Alkali- oder Erdalkalielementen, Silizium, Titan oder Aluminium. Auch Mischkristalle/formen sind möglich. Diese können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. The two-component (2K) polyurethane composition according to the invention can optionally contain one or more fillers. The fillers enable adjustment of strength, plasticity, shrinkage and thermal and electrical conductivity as well as corrosion protection. Suitable fillers are finely ground or powdery inorganic or organic solids that can be dispersed in the two-component (2K) polyurethane composition and are difficult or impossible to dissolve. Examples of organic fillers are, for example, wood flour, lignin, cellulose, cork flour and ground plastics. Examples of inorganic fillers are, for example, oxides, sulfates, silicates, carbonates, phosphates or hydroxides or mixed salts of alkali or alkaline earth elements, silicon, titanium or aluminum. Mixed crystals/shapes are also possible. These can be of natural or synthetic origin.
Weiterhin kommen z.B. auch Ruße oder amorphe oder kristalline Kieselsäuren, Glasperlen oder Glasmehle, Asbest, Gesteinsmehle, Metallpulver, Quarzmehle, Talkum, Kalk, Baryt, Schwerspat, Gips, Zinkphosphat, Eisenoxide oder Kohlenstofffasermehle in Betracht. Bezogen auf die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung sind bis zu etwa 50 Gew%, bevorzugt bis zu etwa 45 Gew% und insbesondere bevorzugt bis zu etwa 30 Gew% Füllstoffe oder körnige Stoffe enthalten.Carbon black or amorphous or crystalline silica, glass beads or glass powder, asbestos, mineral powder, metal powder, quartz powder, talc, lime, baryte, heavy spar, gypsum, zinc phosphate, iron oxides or carbon fiber powder are also suitable. Based on the two-component (2K) polyurethane composition, up to about 50% by weight, preferably up to about 45% by weight and particularly preferably up to about 30% by weight, of fillers or granular substances are present.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung keine Füllstoffe oder körnige Stoffe.In a preferred embodiment, the two-component (2K) polyurethane composition contains no fillers or granular substances.
Optionale FaserverstärkungOptional fiber reinforcement
Weiterhin ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften der Zusammensetzung mittels Einbringens von Fasern zu beeinflussen. Geeignete Fasern sind synthetische Fasern, wie z.B. Glas-, Aramid- oder Kohlenstofffasern. Auch natürliche Pflanzenfasern z.B. auf Basis von Holz, Hanf, Flachs, Sisal oder Baumwolle sind möglich. Werden Kurzfasern verwendet, so werden diese z.B. analog den Füllstoffen in der Harzmatrix dispergiert. Langfasern, Vliese oder Matten können vorher in die Form eingelegt und mittels geeigneter Verfahren mit der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung benetzt und ausgehärtet werden. Mit Polymer imprägnierte Vliese, Matten und Gewebe werden auf dem Fachgebiet als Prepregs bezeichnet.Furthermore, it is possible to influence the mechanical properties of the composition by introducing fibers. Suitable fibers are synthetic fibers such as glass, aramid or carbon fibers. Natural plant fibers e.g. based on wood, hemp, flax, sisal or cotton are also possible. If short fibers are used, they are dispersed in the resin matrix, e.g. in the same way as the fillers. Long fibers, fleece or mats can be placed in the mold beforehand and wetted with the two-component (2K) polyurethane composition and cured using suitable methods. Nonwovens, mats, and fabrics impregnated with polymer are referred to in the art as prepregs.
HärterHarder
Zum Härten der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung können aus der Polyurethanbeschichtung bekannte Katalysatoren eingesetzt werden. Als Beispiele können Aminkatalysatoren und Metallkatalysatoren genannt werden, bevorzugt sind Aminkatalysatoren. Bei den Aminkatalysatoren kann es sich sowohl um solche Stoffe handeln, die in das Harz einreagieren können, als auch solche, deren chemische Struktur dies nicht ermöglicht.Catalysts known from polyurethane coatings can be used to cure the two-component (2K) polyurethane composition. Amine catalysts and metal catalysts can be mentioned as examples, preference being given to amine catalysts. The amine catalysts can be substances that can react in the resin or substances whose chemical structure does not allow this.
Als Aminkatalysatoren eignen sich grundsätzlich alle aminofunktionellen Substanzen wie aliphatische, cycloaliphatische, heterocyclische und/oder aromatische Amine. Es sind sowohl primäre, sekundäre und tertiäre Monoamine als auch Polyamine mit primären, sekundären und tertiären Aminogruppen verwendbar. Mischungen der einzelnen Amine untereinander sind ebenso möglich.In principle, all amino-functional substances such as aliphatic, cycloaliphatic, heterocyclic and/or aromatic amines are suitable as amine catalysts. There are both primary and secondary and tertiary monoamines as well as polyamines with primary, secondary and tertiary amino groups. Mixtures of the individual amines with one another are also possible.
Nicht limitierende Beispiele von flüssigen Aminkatalysatoren sind Triethanolamin, Dimethylethanolamin, Vinylimidazol, 2-(2-Dimethylaminoethoxy)ethanol, 1,3-Propandiamin, 3'-Iminobis(N,N-dimethylpropylamin), Tetramethylguanidin, N,N,N'-Trimethylaminoethyl-ethanolamin 4,4-Phenylpropylpyridin, 1,3,5-Tris(3-(dimethylamino)propyl)-hexahydro-s-triazin, 2,2'-Dimorpholinodiethylether, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, Benzyldimethylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, Pentamethyldiethylentriamin, N,N,N',N'',N''-Pentamethyl-dipropylentriamin, Bis-(2-methylaminoethyl)ether, Diazabicyclooctan, und N,N-Diisopropylamin. Eine allgemeine Definition lässt sich beispielsweise aus der folgenden Struktur ableiten, in der nur die katalytisch wirksamen Zentren dargestellt sind:
L ist ausgewählt aus C1-C12 Alkylen, C1-C6 Alkylen-O-C1-C6 Alkylen, C1-C6 Alkylen-NH-C1-C6 Alkylen, C1-C6 Alkylen-N(C1-C6 Alkyl)-C1-C6 Alkylen, und -C(=NH)-. Bevorzugt ist L ausgewählt aus C1-C12 Alkylen. Gasförmige Amine sind Amine, die sich mittels Durchströmen und/oder Verdampfen durch ein Trägergas (in der Regel Luft oder ein inertes Gas) verdampfen lassen. Dieses kann je nach Siedepunkt und Dampfdruck des Amins von etwa + 10 °C bis etwa +120 °C erfolgen. In der Regel weisen die verdampfbaren Amine einen Siedepunkt von weniger als etwa 95°C (1013 mbar) auf. Hierzu zählen z.B. Trimethylamin, Triethylamin, Dimethylethylamin, Dimethylpropylamin und Dimethylisopropylamin oder Gemische davon.L is selected from C1-C12 alkylene, C1-C6 alkylene-O-C1-C6 alkylene, C1-C6 alkylene-NH-C1-C6 alkylene, C1-C6 alkylene-N(C1-C6 alkyl)-C1-C6 alkylene , and -C(=NH)-. L is preferably selected from C1-C12 alkylene. Gaseous amines are amines that can be vaporized by flowing and/or vaporizing through a carrier gas (usually air or an inert gas). Depending on the boiling point and vapor pressure of the amine, this can take place from about +10 °C to about +120 °C. Typically, the vaporizable amines have a boiling point less than about 95°C (1013 mbar). These include, for example, trimethylamine, triethylamine, dimethylethylamine, dimethylpropylamine and dimethylisopropylamine or mixtures thereof.
In einer bevorzugten Ausführung sind die eingesetzten Amine N,N,N'-Trimethylaminoethylethanolamin, Dimethylethanolamin, Dimethylisopropylamin oder Mischungen davon.In a preferred embodiment, the amines used are N,N,N'-trimethylaminoethylethanolamine, dimethylethanolamine, dimethylisopropylamine or mixtures thereof.
Weiterhin können geblockte Amine Verwendung finden. Diese haben den Vorteil einer „Schalttemperatur“ und starten die Reaktion erst ab einer bestimmten Temperatur. Als Blockungsmittel kommt z.B. Ameisensäure in Betracht.Blocked amines can also be used. These have the advantage of a "switching temperature" and only start the reaction above a certain temperature. A suitable blocking agent is formic acid, for example.
Solche blockierten Amine sind beispielsweise aus
Die Härtung kann auch ausschließlich mit Metallkatalysatoren erfolgen.Curing can also take place exclusively with metal catalysts.
Als Metallkatalysatoren eignen sich grundsätzlich organische oder anorganische Salze der Elemente Zinn, Bismut, Eisen, Zink bevorzugt in Kombination mit organischen Carboxylaten. Von den geeigneten Metallkatalysatoren seien die folgenden Beispiele genannt: Dibutylzinnlaurat, Dioctylzinndilaurat, Dioctylzinnacetat, Zinkneodecanoat, Eisen(II)chlorid, Eisen(III)chlorid, Zinkchlorid, und Bismutoctoat.In principle, organic or inorganic salts of the elements tin, bismuth, iron, zinc, preferably in combination with organic carboxylates, are suitable as metal catalysts. Examples of suitable metal catalysts are: dibutyltin laurate, dioctyltin dilaurate, dioctyltin acetate, zinc neodecanoate, ferrous chloride, ferric chloride, zinc chloride, and bismuth octoate.
Um bestimmte Härtungseigenschaften zu erreichen, können auch zwei oder mehrere Katalysatoren miteinander gemischt werden, wobei diese unterschiedlichen Verbindungsklassen angehören können. Es können auch unterschiedliche Härtungsverfahren kombiniert werden. Zur Steigerung der Aktivität können ein oder mehrere Katalysatoren zusätzlich zur ersten Komponente und/oder zur zweiten Komponente und/oder in die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung zugegeben werden, wobei diese unterschiedlichen Verbindungsklassen angehören können.In order to achieve specific curing properties, two or more catalysts can also be mixed with one another, and these can belong to different classes of compounds. Different hardening processes can also be combined. To increase the activity, one or more catalysts in addition to the first component and / or the second component and / or are added to the two-component (2K) polyurethane composition, and these can belong to different classes of compounds.
Bei Arbeitstemperatur flüssige oder feste Katalysatoren können mit Lösemitteln versetzt werden, z.B. um auf diese Weise die Reaktionsgeschwindigkeit zu beeinflussen. Dies kann eingesetzt werden, um bei Arbeitstemperatur feste Amine in den flüssigen Zustand zu überführen.Solvents can be added to catalysts that are liquid or solid at the working temperature, e.g. in order to influence the reaction rate in this way. This can be used to convert solid amines to the liquid state at the working temperature.
Die genaue Menge des Katalysators hängt von der Art des Katalysators ab und kann von einem Fachmann geeignet gewählt werden. Die zur Härtung benötigte Katalysatormenge hängt von der Reaktivität der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung, von der gewünschten Härtezeit und von der Arbeitstemperatur ab. Bei einem Aminkatalysator werden im Allgemeinen von etwa 0,05 Gew.% bis etwa 20 Gew.% eingesetzt, vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.% und besonders bevorzugt von etwa 0,15 bis etwa 6 Gew.%, bezogen auf die eingesetzte Gesamtmenge der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung.The exact amount of the catalyst depends on the type of catalyst and can be selected appropriately by a person skilled in the art. The amount of catalyst required for curing depends on the reactivity of the two-component (2K) polyurethane composition, the desired curing time and the working temperature. With an amine catalyst, generally from about 0.05% to about 20% by weight is employed, preferably from about 0.1 to about 10% by weight, and more preferably from about 0.15 to about 6% by weight, based on the total amount of two-component (2K) polyurethane composition used.
Wenn die Reaktionsgeschwindigkeit nicht bedeutsam ist, kann die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung auch ohne Zugabe eines Katalysators appliziert und gehärtet werden.If the reaction speed is not important, the two-component (2K) polyurethane composition can also be applied and cured without the addition of a catalyst.
Da die Reaktion zwischen dem Phenolharz vom Benzylethertyp, dem Polyol und der Isocyanat-Verbindung schnell abläuft, sind die Härtungsbedingungen nicht kritisch. Diese können bspw. in einem Temperaturbereich von etwa -40°C bis etwa +130°C und/oder bei einer relativen Luftfeuchte von bis zu etwa 98% stattfinden. Die Aushärtung der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung ist auch unter verminderter sowie unter erhöhter Druckbelastung möglich.Since the reaction between the benzyl ether type phenolic resin, the polyol and the isocyanate compound proceeds rapidly, the curing conditions are not critical. This can take place, for example, in a temperature range of about -40°C to about +130°C and/or at a relative humidity of up to about 98%. The curing of the two-component (2K) polyurethane composition is also possible under reduced as well as under increased pressure.
Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines SubstratsProcess for coating a surface of a substrate
Die Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung kann zum Beschichten einer Oberfläche eines Substrats verwendet werden.The two-part (2K) polyurethane composition can be used to coat a surface of a substrate.
Das Substrat ist nicht besonders beschränkt. Beispiele für Substrate umfassen Metalle, Keramiken, Gewebe, Vliese, Holz, Glas, Kunststein, Naturstein und Kunststoff. In einer Ausführungsform umfasst das Substrat Metalle, Gewebe, Vliese, Holz, Glas, und Kunststoff. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Substrat Metall.The substrate is not particularly limited. Examples of substrates include metals, ceramics, fabrics, non-woven fabrics, wood, glass, artificial stone, natural stone, and plastic. In one embodiment, the substrate includes metals, fabrics, nonwovens, wood, glass, and plastic. In a preferred embodiment, the substrate comprises metal.
Das Substrat ist bevorzugt kein teilchenförmiger Stoff. Das Substrat ist bevorzugt kein Formgrundstoff wie Quarzsand und keine Agrochemikalie. Das Substrat weist bevorzugt eine flächige Form auf. Die Oberfläche des Substrats beträgt bevorzugt mindestens etwa 1 cm2, stärker bevorzugt mindestens etwa 1,5 cm2, noch stärker bevorzugt mindestens etwa 2,0 cm2. Wenn das Substrat aus mehreren Gegenständen besteht (wie z.B. mehreren Teilchen) bezieht sich der vorstehende Begriff „Oberfläche des Substrats“ auf die kleinste Untereinheit davon, nämlich ein einzelnes Teilchen.The substrate is preferably non-particulate. The substrate is preferably not a molding material such as quartz sand and not an agrochemical. The substrate preferably has a flat shape. The surface area of the substrate is preferably at least about 1 cm 2 , more preferably at least about 1.5 cm 2 , even more preferably at least about 2.0 cm 2 . When the substrate consists of multiple objects (such as multiple particles), the above term "surface of the substrate" refers to the smallest sub-unit thereof, namely a single particle.
Das Substrat weist bevorzugt eine Größe von mindestens etwa 0,4 mm, stärker bevorzugt etwa 0,8 mm, noch stärker bevorzugt etwa 1,5 mm auf. Wenn das Substrat kugelförmig ist, bezieht sich die Größe auf den Kugeldurchmesser. Wenn das Substrat nicht kugelförmig ist, bezieht sich die Größe auf die kleinste Längenausdehnung, also bei einem Blech bspw. auf die Blechdicke.The substrate preferably has a size of at least about 0.4 mm, more preferably about 0.8 mm, even more preferably about 1.5 mm. If the substrate is spherical, the size refers to the sphere diameter. If the substrate is not spherical, the size refers to the smallest linear expansion, e.g. to the sheet thickness in the case of sheet metal.
Die erste Komponente und die zweite Komponente der Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung werden zunächst gemischt. Anschließend wird die Mischung auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht. Das homogene Mischen kann beispielsweise mittels eines geeigneten Mischapparats oder manuell erfolgen. Die Zeitdauer zwischen dem Mischen der ersten und zweiten Komponente und optional Additiven bis zum Aufbringen auf das Substrat hängt von der Wahl der ersten und zweiten Komponente und vor allem deren Reaktivität ab. Sie beträgt im Allgemeinen von etwa 30 Sekunden bis etwa 2 Stunden, bevorzugt etwa 40 Sekunden bis etwa 1,5 Stunden.The first component and the second component of the two-component (2K) polyurethane composition are first mixed. The mixture is then applied to the surface of the substrate. The homogeneous mixing can take place, for example, by means of a suitable mixing apparatus or manually. The length of time between mixing the first and second component and optional additives until application to the substrate depends on the choice of the first and second component and, above all, on their reactivity. It is generally from about 30 seconds to about 2 hours, preferably from about 40 seconds to about 1.5 hours.
Die Viskosität der Mischung ist nicht besonders begrenzt und kann bspw. im Bereich von etwa 50 mPas bis etwa 50 Pas, bevorzugt von etwa 60 mPas bis etwa 40 Pas betragen. Die Viskosität kann mit einem CAP-2000 Rotationsviskosimeter gemessen werden (Messbedingungen: 25°C, Spindel und Umdrehungen werden so gewählt, das die Auslastung zwischen etwa 40 bis etwa 60% liegt).The viscosity of the mixture is not particularly limited and can be, for example, in the range from about 50 mPas to about 50 Pas, preferably from about 60 mPas to about 40 Pas. The viscosity can be measured with a CAP-2000 rotational viscometer (measurement conditions: 25°C, spindle and revolutions are selected such that the utilization is between about 40 and about 60%).
Nach dem Aufbringen kann die Mischung ausgehärtet werden. Mögliche Härter sind vorstehend erwähnt.After application, the mixture can be cured. Possible hardeners are mentioned above.
Die erfindungsgemäße gehärtete Zusammensetzung ist visuell weitgehend blasenfrei. Die Dichte der gehärteten Zusammensetzung (gemessen bei 20°C) liegt bei mindestens etwa 0,850 g/cm3, bevorzugt mindestens etwa 0,950 g/cm3 und besonders bevorzugt mindestens etwa 0,980 g/cm3, jeweils gemessen ohne Füllstoffe. Die Dichte kann durch Wasserverdrängung gemessen werden.The cured composition of the present invention is visually substantially free of bubbles. The density of the cured composition (measured at 20° C.) is at least about 0.850 g/cm 3 , preferably at least about 0.950 g/cm 3 and more preferably at least about 0.980 g/cm 3 , each measured without fillers. Density can be measured by water displacement.
Verwendunguse
Die erfindungsgemäße Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung kann vielfältig eingesetzt werden. Beispiele für mögliche Anwendungen sind als Vergussmasse (insbesondere für Elektrobauteile), als Hohlraumversiegelung (insbesondere für Kraftfahrzeuge), als Füllharz (insbesondere für Kabelmuffen), im Formenbau, zur Herstellung eines Prepregs (insbesondere für Windkraftanlagen (s. bspw.
Die erfindungsgemäße Zwei-Komponenten (2K)-Polyurethanzusammensetzung ist auch als Oberflächenbeschichtung geeignet. Insbesondere kann sie als Schutzschicht eingesetzt werden, um Substrate beispielsweise gegen mechanische Einflüsse und/oder Oxidation zu schützen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann sie als Oberflächenbeschichtung bei Metallen eingesetzt werden, um sie bspw. vor Korrosion zu schützen.The two-component (2K) polyurethane composition according to the invention is also suitable as a surface coating. In particular, it can be used as a protective layer to protect substrates against mechanical influences and/or oxidation, for example. In a particularly preferred embodiment, it can be used as a surface coating for metals, for example to protect them from corrosion.
BEISPIELEEXAMPLES
Verwendete ChemikalienChemicals used
Benzyletherharz 1 (Phenol/Cardanol-Copolymer) gemäß Beispiel 1 der
- Molgewicht (Mn) 434 g/mol, Molgewicht (Mw) 1987 g/mol, Molgewicht (Mz) 6255 g/mol OHZ: ca. 580 mg KOH/g
- Gehalt an freiem Phenol: 11,8 Gew. %
- Gehalt an freiem Saligenin: 7 Gew. %
- Verhältnis freies Phenol : freiem Saligenin = 1:0,6
- Molecular weight (Mn) 434 g/mol, molecular weight (Mw) 1987 g/mol, molecular weight (Mz) 6255 g/mol OHZ: approx. 580 mg KOH/g
- Free phenol content: 11.8% by weight
- Content of free saligenin: 7% by weight
- Ratio free phenol: free saligenin = 1:0.6
Benzyletherharz 2 (o-Kresol/Phenol/Cardanol-Copolymer), welches durch folgende analytische Kennzahlen charakterisiert ist:
- Molgewicht (Mn) 525 g/mol, Molgewicht (Mw) 1400 g/mol, Molgewicht (Mz) 3570 g/mol OHZ: ca. 560 mg KOH/g
- Gehalt an freiem Phenol: 1,8 Gew. %
- Gehalt an freiem Saligenin: 3,8 Gew. %
- Verhältnis freies Phenol : freiem Saligenin = 1:2,1
- Molecular weight (Mn) 525 g/mol, molecular weight (Mw) 1400 g/mol, molecular weight (Mz) 3570 g/mol OHZ: approx. 560 mg KOH/g
- Free phenol content: 1.8% by weight
- Content of free saligenin: 3.8% by weight
- Ratio free phenol: free saligenin = 1:2.1
Benzyletherharz 3 (Synthesebeispiel)Benzyl Ether Resin 3 (Synthesis Example)
In einem mit Rührwerk, Rückflusskühler und Thermometer ausgestatteten Reaktionsgefäß wurden 648,4 Phenol (99%), 352,6g Paraformaldehyd (91%) und 0,6 g Zinkacetat-Dihydrat vorgelegt. Unter Rühren wurde die Temperatur gleichmäßig innerhalb 60 Minuten auf 105 bis 115°C erhöht und so lange gehalten, bis ein Brechungsindex (25°C) von 1,5590 erreicht wurde. Anschließend wurden 50g Cardanol zugegeben, der Kühler auf atmosphärische Destillation umgestellt und die Temperatur innerhalb einer Stunde auf 120 bis 125°C gebracht. Bei dieser Temperatur wurde bis zum Erreichen eines Brechungsindex (25°C) von 1,5940 weiterdestilliert. Danach wurde Vakuum angelegt und bei vermindertem Druck bis zu einem Brechungsindex (25°C) von ca. 1,6020 destilliert. Anschließend wurden pro 90 Gewichtsteile des erhaltenen Harzes mit 8 Gewichtsteilen n-Butanol und 2 Gewichtsteilen Wasser versetzt und 60 Minuten unter Rückfluss bei 100-112°C gehalten. Unter Vakuum wurde anschließend das nicht umgesetzte Butanol entfernt. Das Harz wies einen Brechungsindex (25°) von ca. 1,5980 auf. Der freie Phenol Gehalt, bestimmt mittels GC, lag bei 3,8 Gew.%., der Saligeningehalt bei 6,7% Phenol zu Saligeninverhältnis = 1: 1,76648.4 g of phenol (99%), 352.6 g of paraformaldehyde (91%) and 0.6 g of zinc acetate dihydrate were placed in a reaction vessel equipped with a stirrer, reflux condenser and thermometer. With stirring, the temperature was increased uniformly within 60 minutes to 105 to 115° C. and held until a refractive index (25° C.) of 1.5590 was reached. Then 50 g of cardanol were added, the condenser was switched to atmospheric distillation and the temperature was brought to 120 to 125° C. within an hour. Distillation was continued at this temperature until a refractive index (25° C.) of 1.5940 was reached. Thereafter, vacuum was applied and distilled at reduced pressure to a refractive index (25°C) of about 1.6020. Then, per 90 parts by weight of the resin obtained, 8 parts by weight of n-butanol and 2 parts by weight of water were added and refluxed at 100-112° C. for 60 minutes. The unreacted butanol was then removed under reduced pressure. The resin had a refractive index (25°) of about 1.5980. The free phenol content, determined by GC, was 3.8% by weight and the saligenin content was 6.7%. A phenol to saligenin ratio of 1:1.76
Verwendete erste KomponentenFirst components used
Tabelle 1 zeigt die verwendeten ersten Komponenten.A1 und A2 sind Vergleichsbeispiele.
Herstellung der ersten Komponenten:Production of the first components:
Die auf 50 bis 70°C erwärmte Menge Desmophen wurde in einem geeigneten Gefäß vorgelegt und das auf 80 bis 90°C erwärmte Benzyletherharz wurde unter Rühren dazugegeben. Es wurden klare, viskose Lösungen erhalten. Anschließend wurde bei einer Temperatur von unter 40°C das Molekularsieb eingerührt, dadurch trübten die Lösungen ein. Vor der Vermischung mit der zweiten Komponente wurde mindestens 24h gewartet, damit das Molekularsieb ausreichend Zeit hatte evtl. vorhandenes Wasser zu binden. Ebenfalls war es nötig, vor Vermischung mit der zweiten Komponente die Mischungen aufzurühren, um das nicht lösliche Molekularsieb homogen zu verteilen.The amount of Desmophen heated to 50-70°C was placed in a suitable vessel and the benzyl ether resin heated to 80-90°C was added with stirring. Clear, viscous solutions were obtained. The molecular sieve was then stirred in at a temperature below 40°C, which made the solutions cloudy. Before mixing with the second component, there was a wait of at least 24 hours so that the molecular sieve had enough time to bind any water that might be present. It was also necessary to stir the mixtures before mixing with the second component in order to distribute the insoluble molecular sieve homogeneously.
Bestimmung der GelzeitDetermination of gel time
Die Gelzeit wurde mit einem Gerät zur Bestimmung der Gelzeit (Model Geltimer m, Firma Gel Instruments AG) bestimmt. Hierzu wurden in einem Pappbecher jeweils 20g der oben aufgeführten ersten Komponenten eingewogen und mit 20g Lupranat M 70 R mittels Holzspatel homogen vermischt, so dass wenig Luft eingerührt wurde. Von diesen Mischungen wurden jeweils 4g in ein Reagenzglas gefüllt, der Messdraht angeschlossen und das Reagenzglas in die Messapparatur eingehängt. Mittels Wasserbadthermostat wurde die Temperatur des Reagenzglases von außen auf 25°C konstant gehalten. Wenn die Viskosität der zu prüfenden Mischung so stark anstieg, dass die ausgehärtete Zusammensetzung das Reagenzglas durch den Messdraht nach oben zog, schaltete der Geltimer ab und die Zeit wurde gestoppt. Tabelle 2 zeigt die Aushärtezeiten in Minuten einiger erste Komponenten mit Lupranat M 70 R
Analog, wie oben beschrieben, wurde die Gelzeit für Mischungen mit Desmodur ultra N 3600 bestimmt. Hierzu wurde das Lupranat M 70 R 1:2 gewichtsmäßig gegen Desmodur ultra N 3600 ausgetauscht. Tabelle 3 zeigt die Aushärtezeiten in Stunden einiger erster Komponenten mit Desmodur ultra N 3600
Aus den Tabellen 1, 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Zusatz eines Benzyletherharzes die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich steigert. Dieses ist insofern überraschend, da sowohl das Benzyletherharz als auch das Desmophen im selben Hydroxylzahl-Bereich liegen.
Vergleichsversuche, in denen 0,04% Zinkacetat-Dihydrat zu A 1 und A 2 zugesetzt wurde, zeigen keinen katalytischen Effekt in der Reaktion zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente. Verbleibendes Zinkacetat-Dihydrat wird als Katalysator für die Benzyletherharzsynthese verwendet und kann als Rückstand im Benzyletherharz vorhanden sein.Comparative experiments in which 0.04% zinc acetate dihydrate was added to A 1 and A 2 show no catalytic effect in the reaction between the first component and the second component. Residual zinc acetate dihydrate is used as a catalyst for the benzyl ether resin synthesis and may be present as a residue in the benzyl ether resin.
Bestimmung der Festigkeiten von ZusammensetzungenDetermination of strengths of compositions
Herstellung der Prüfkörper aus erster und zweiter Komponente im Gewichtsverhältnis 1:1Production of the test specimens from the first and second component in a weight ratio of 1:1
In einem Pappbecher wurden jeweils 40g der oben aufgeführten ersten Komponenten eingewogen und mit 40g Lupranat M 70 R mittels Holzspatel homogen vermischt, so dass wenig Luft eingerührt wurde. Zur Verminderung des Schäumens wurden 2 Tropfen Byk 088 zugegeben. Von dieser Mischung wurden je 34g in eine Silikonform der Maße 171 mm*22 mm*9 mm gefüllt und bei Raumtemperatur härten gelassen. Nach 24h wurde ausgeformt und mittels eines Biegegerätes der Firma Jung Instruments Model SJ-1 der erhaltene Riegel gemessen. Dabei wurde der Riegel auf die 22 mm starke Seite auf die zwei Auflagepunkte gelegt und vermessen. Die angegebenen Ergebnisse sind der Mittelwert aus einer Doppelbestimmung. Tabelle 4 zeigt die gefundenen Festigkeiten in N/cm2 von 24h alten Prüfkörpern
Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen, dass schon ein Zusatz von 5% Benzyletherharz in der ersten Komponente die Festigkeiten nach 24h deutlich steigert.The results in Table 4 show that the addition of just 5% benzyl ether resin to the first component significantly increases strength after 24 hours.
Herstellung der Prüfkörper aus erster und zweiter Komponente mit verändertem GewichtsverhältnissenProduction of the test specimens from the first and second component with changed weight ratios
In einem Pappbecher wurden jeweils 40g der Komponente A 6 eingewogen und mit den in Tabelle 5 angegebenen Mengen Lupranat M 70 R mittels Holzspatel homogen vermischt, so dass wenig Luft eingerührt wurde. Zur Verminderung des Schäumens wurden 2 Tropfen Byk 088 zugegeben. Von dieser Mischung wurden je 34g in eine Silikonform der Maße 171 mm*22 mm*9 mm gefüllt und bei Raumtemperatur härten gelassen. Nach 24h wurde ausgeformt und mittels eines Biegegerätes der Firma Jung Instruments Model SJ-1 der erhaltene Riegel gemessen. Dabei wurde der Riegel auf die 22 mm starke Seite auf die zwei Auflagepunkte gelegt und vermessen. Die angegebenen Ergebnisse sind der Mittelwert aus einer Doppelbestimmung. Tabelle 5 zeigt die Festigkeiten in N/cm2 von 24h alten Prüfkörpern. Das angegebene Gewichtsverhältnis bezieht sich auf die Gewichtsmenge erste Komponente A 6 zu zweiter Komponente.
Herstellung der Prüfkörper aus erster und zweiter Komponente im Gewichtsverhältnis 1:1 und LösemittelProduction of the test specimens from the first and second component in a weight ratio of 1:1 and solvent
In einem Pappbecher wurden jeweils 40g der ersten Komponente A 11 eingewogen und mit 40g Lupranat M 70 R mit den in Tabelle 6 angegebenen Mengen und Lösemitteln mittels Holzspatel homogen vermischt, so dass wenig Luft eingerührt wurde. Zur Verminderung des Schäumens wurden 2 Tropfen Byk 088 zugegeben. Von dieser Mischung wurden je 34g in eine Silikonform der Maße 171 mm*22 mm*9 mm gefüllt und bei Raumtemperatur härten gelassen. Nach 24h wurde ausgeformt und mittels eines Biegegerätes der Firma Jung Instruments Model SJ-1 der erhaltene Riegel gemessen. Dabei wurde der Riegel auf die 22 mm starke Seite auf die zwei Auflagepunkte gelegt und vermessen. Die angegebenen Ergebnisse sind der Mittelwert aus einer Doppelbestimmung. Zusätzlich wurde bei diesen Messungen auch die Plastizität der Riegel, angegeben in mm Bruchdehnung, gemessen.
Tabelle 6 zeigt die Festigkeiten und Bruchdehnungen in mm der gegossenen Prüfriegel nach 24h. Es ist ersichtlich, dass die Festigkeiten durch Zusatz von Lösemitteln deutlich gesteigert werden können. Weiterhin zeigen die Prüfkörper eine recht hohe Bruchdehnung, welche durch die folgende Prüfung weiter erläutert wird.Table 6 shows the strength and elongation at break in mm of the cast test bars after 24 hours. It can be seen that the strength can be significantly increased by adding solvents. Furthermore, the test specimens show a very high elongation at break, which is further explained by the following test.
Herstellung der Prüfkörper aus erster und zweiter Komponente im Gewichtsverhältnis 1:1 und unterschiedlichen Anteilen BenzyletherharzProduction of the test specimens from the first and second component in a weight ratio of 1:1 and different proportions of benzyl ether resin
In einem Pappbecher wurden jeweils 40g der ersten Komponente eingewogen und mit 40g Lupranat M 70 R und zusätzlich 11,2g Diocytladipat (DOA) mittels Holzspatel homogen vermischt, so dass wenig Luft eingerührt wurde. Zur Verminderung des Schäumens wurden 2 Tropfen Byk 088 zugegeben. Von dieser Mischung wurden je 34g in eine Silikonform der Maße 171 mm*22 mm*9 mm gefüllt und bei Raumtemperatur härten gelassen. Nach 24h wurde ausgeformt und mittels eines Biegegerätes der Firma Jung Instruments Model SJ-1 der erhaltene Riegel gemessen. Dabei wurde der Riegel auf die 22 mm starke Seite auf die zwei Auflagepunkte gelegt und vermessen. Die angegebenen Ergebnisse sind der Mittelwert aus einer Doppelbestimmung. Zusätzlich wurde bei diesen Messungen auch die Plastizität der Riegel, angegeben in mm Bruchdehnung, gemessen.
Tabelle 7 zeigt die Festigkeiten und Bruchdehnungen der Prüfkörper in Abhängigkeit des Benzyletherharzanteils bei konstantem Anteil DioctyladipatTable 7 shows the strength and elongation at break of the test specimens as a function of the proportion of benzyl ether resin with a constant proportion of dioctyl adipate
Aus der Tabelle 7 ist ersichtlich, dass Dioctyladipat die Festigkeiten der Mischungen steigert. Dieses ist auch bei der Probe A 2 zu sehen, allerdings fällt die Festigkeitssteigerung mit Benzyletherharz höher aus. Überraschend ist der Anstieg der Bruchdehnung bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit.Table 7 shows that dioctyl adipate increases the strength of the mixtures. This can also be seen in sample A 2, although the increase in strength with benzyl ether resin is greater. The increase in elongation at break with a simultaneous increase in strength is surprising.
Herstellung der Prüfkörper aus erster und zweiter Komponente im Gewichtsverhältnis 1:1 und unterschiedlichen Anteilen Dioctyladipat (DOA)Production of the test specimens from the first and second component in a weight ratio of 1:1 and different proportions of dioctyl adipate (DOA)
In einem Pappbecher wurden jeweils 40g der ersten Komponente A11 eingewogen und mit 40g Lupranat M 70 R und den in Tabelle 8 angegebenen Mengen an Dioctyladipat mittels Holzspatel homogen vermischt, so dass wenig Luft eingerührt wurde. Zur Verminderung des Schäumens wurden 2 Tropfen Byk 088 zugegeben. Von dieser Mischung wurden je 34g in eine Silikonform der Maße 171 mm*22 mm*9 mm gefüllt und bei Raumtemperatur härten gelassen. Nach 24h wurde ausgeformt und mittels eines Biegegerätes der Firma Jung Instruments Model SJ-1 der erhaltene Riegel gemessen. Dabei wurde der Riegel auf die 22 mm starke Seite auf die zwei Auflagepunkte gelegt und vermessen. Die angegebenen Ergebnisse sind der Mittelwert aus einer Doppelbestimmung. Zusätzlich wurde bei diesen Messungen auch die Plastizität der Riegel, angegeben in mm Bruchdehnung, gemessen.
Tabelle 8 zeigt die Festigkeiten und Bruchdehnungen der Prüfkörper in Abhängigkeit des Benzyletherharzanteils und der Menge an Dioctyladipat.Table 8 shows the strength and elongation at break of the test specimens as a function of the benzyl ether resin content and the amount of dioctyl adipate.
Korrosionsschutztestanti-corrosion test
Beschichtung der Prüfbleche mit einer Zusammensetzung aus erste und zweite Komponente im Gewichtsverhältnis 1:1,5Coating of the test panels with a composition of the first and second component in a weight ratio of 1:1.5
In einem Pappbecher wurden jeweils 40g der ersten Komponenten A 1 bzw. A 4 bis A 7 eingewogen und mit jeweils 60g Lupranat M 70 R mittels Holzspatel homogen vermischt, so dass wenig Luft eingerührt wurde. Diese Mischung wurde in eine Kastenrakel eingefüllt und eine 150 µm dicke Schicht wurde auf ein entfettetes Stahlblech (Typ Stahl DC01 C290, R-036, 79 mm x 152 mm x 0,8 mm, der Fa. Rocholl GmbH) mittig aufgetragen. Anschließend wurde das beschichtete Blech unmittelbar in einem Umluftofen bei 70°C für 30 Minuten thermisch gehärtet, so dass transparente, blasenfreie, haftende Filme erhalten wurden. Nach einer Nachkonditionierzeit von 3 Tagen bei Raumtemperatur wurden die Bleche in eine 3% Natriumchloridlösung halbhoch (d.h. die untere Hälfte der Beschichtung stand in der Flüssigkeit, die obere Hälfte war dem Gasraum ausgesetzt) gestellt und bei Raumtemperatur gelagert. Das Lagergefäß war verschlossen, sodass sich im Gasraum eine gesättigte relative Luftfeuchtigkeit von 98% eingestellt hatte. Zu bestimmten Zeiten wurden die Prüfbleche visuell beurteilt. Nach 7 Tagen wurde die elastische Härte mittels Pendeldämpfung nach König (DIN 53157) bestimmt. Dazu wurden die entnommenen Bleche mit Wasser abgespült, die Restfeuchtigkeit vorsichtig mit einem Tuch entfernt und nach 2 Tagen Konditionierung vermessen. Sowohl die Messung als auch die Konditionierung fanden bei Raumtemperatur statt. Die angegebene Schwingzeit (Pendeldämpfung) bezieht sich auf die Auslenkung von 6 Grad nach 3 Grad und ist in Sekunden (sec) angegeben. Je höher die Schwingzeit ist, umso härter ist die Beschichtung. Vor Lagerungsbeginn wurde noch der Ausgangswert bestimmt. Tabelle 9 zeigt die visuelle Beurteilung der beschichteten Prüfbleche unterteilt in Gasphase und Flüssigphase nach bestimmten Zeiträumen.
Beide Ergebnistabellen zeigen, dass ein Zusatz eines Benzyletherharzes in der ersten Komponente die Beständigkeit und Haftung gegen Salzwasser deutlich verbessert und das Substrat vor Korrosion schützt. Ein Zusatz ab 30% Benzyletherharz zeigt keine Unterschiede zwischen Ausgangswert, Gas- und Flüssigphasenlagerung.Both tables of results show that the addition of a benzyl ether resin in the first component significantly improves resistance and adhesion to salt water and protects the substrate from corrosion. An addition of 30% or more benzyl ether resin shows no differences between the initial value and gas and liquid phase storage.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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