DE10243030A1 - Uretdione group containing compounds containing up to 10 mol.% isocyanurate structure, useful for polyurethanes, are prepared by dimerization of (cyclo)aliphatic isocyanates having exclusively secondary and/or tertiary isocyanate groups - Google Patents

Uretdione group containing compounds containing up to 10 mol.% isocyanurate structure, useful for polyurethanes, are prepared by dimerization of (cyclo)aliphatic isocyanates having exclusively secondary and/or tertiary isocyanate groups Download PDF

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Abstract

Uretdione group containing compounds (I) containing up to 10 mol.% isocyanurate structure (with respect to the sum of uretdione and isocyanurate groups) are prepared by dimerization of aliphatic and/or cycloaliphatic isocyanates (II) having exclusively secondary and/or tertiary isocyanate groups. An Independent claim is included for a process for the dimerization of isocyanates (II) in the presence of salt-type oligomerization catalysts that contain a 1,2,3- and/or 1,2,4-triazolate anion.

Description

Die Erfindung betrifft neue Uretdiongruppen aufweisende Verbindungen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung durch Dimerisierung aliphatischer und/oder cycloaliphatischer Isocyanate mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen sowie die Verwendung von nach diesem Verfahren aus Diisocyanaten mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen erhältlichen Uretdionpolyisocyanaten als Ausgangskomponente für Polyurethankunststoffe, insbesondere als Isocyanatkomponente zur Herstellung von Uretdionpulverlackvernetzern.The invention relates to new uretdione groups having compounds, a process for their preparation by Dimerization of aliphatic and / or cycloaliphatic isocyanates with exclusively secondary and / or tertiary bound isocyanate groups and the use of after this Process from diisocyanates with only secondary and / or tertiary bound isocyanate groups available Uretdione polyisocyanates as a starting component for polyurethane plastics, in particular as an isocyanate component for the production of uretdione powder coating crosslinkers.

Die Herstellung von Polyisocyanaten mit Uretdionstruktur durch katalytische Dimerisierung und gegebenfalls gleichzeitige Trimerisierung monomerer aliphatischer oder cycloaliphatischer Düsocyanate ist bekannt. Ein umfassender Überblick über die technisch relevanten Dimerisierungsverfahren des Standes der Technik und die dabei zum Einsatz gelangenden Katalysatoren bzw. Katalysatorsysteme findet sich in J. prakt. Chem. 336 (1994) 185–200.The production of polyisocyanates with uretdione structure by catalytic dimerization and possibly simultaneous trimerization of monomeric aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates is known. A comprehensive overview of the technically relevant dimerization process of the prior art and the catalysts or catalyst systems used can be found in J. Prakt. Chem. 336 (1994) 185-200.

Unter den lichtechten Uretdionpolyisocyanaten sind die linearen, d.h. Isocyanuratgruppen-freien Dimerisate insbesondere cycloaliphatischer Düsocyanate von hohem Interesse. Sie stellen bevorzugte Ausgangsverbindungen zur Herstellung blockierungsmittelfreier Polyurethan(PUR)-Pulverlackvernetzer dar (z.B. EP-A 45 996 , EP-A 639 598 oder EP-A 669 353 ).Of the light-fast uretdione polyisocyanates, the linear dimerizates, ie those free of isocyanurate groups, in particular cycloaliphatic diisocyanates, are of great interest. They are preferred starting compounds for the production of blocking agent-free polyurethane (PUR) powder coating crosslinkers (e.g. EP-A 45 996 . EP-A 639 598 or EP-A 669 353 ).

Während zur linearen katalytischen Dimerisierung aliphatischer und/oder cycloaliphatischer Diisocyanate, die mindestens eine primär gebundene Isocyanatgruppe aufweisen, wie z. B. 1,6-Diisocyanatohexan (HDI) oder 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondüsocyanat; IPDI), verschiedene Verfahren existieren (z.B. EP-A 45 995 , EP-A 317 744 , EP-A 735 027 und EP-A 896 973 ), die zum Teil auch im technischen Maßstab bei der Herstellung von Pulverlackvernetzern Anwendung finden, sind isocyanuratgruppenfreie Uretdionpolyisocyanate aus aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Diisocyanaten mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen bislang nicht bekannt. Die üblichen Dimerisierungskatalysatoren zeigen gegenüber solchen Düsocyanaten keine oder eine derart geringe Aktivität, dass sich mit ihrer Hilfe auch unter Einsatz sehr hoher Katalysatorkonzentrationen die entsprechenden Dimerisate nicht oder lediglich in verschwindend geringer Ausbeute herstellen lassen.While for linear catalytic dimerization of aliphatic and / or cycloaliphatic diisocyanates, which have at least one primarily bound isocyanate group, such as. B. 1,6-diisocyanatohexane (HDI) or 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (isophorone diisocyanate; IPDI), various processes exist (e.g. EP-A 45 995 . EP-A 317 744 . EP-A 735 027 and EP-A 896 973 ), some of which are also used on an industrial scale in the production of powder coating crosslinkers, are not known to date isocyanurate-free uretdione polyisocyanates made from aliphatic and / or cycloaliphatic diisocyanates with only secondary and / or tertiary-bound isocyanate groups. The usual dimerization catalysts show no or such a low activity with respect to such diisocyanates that even with the use of very high catalyst concentrations, the corresponding dimerizates cannot be produced or can only be produced in a negligibly low yield.

Obwohl in einigen der genannten Veröffentlichungen zur katalytischen Dimerisierung von Isocyanaten, z. B. in EP-A 178 520 , DE-A 34 20 114 , EP-A 317 744 oder EP-A 896 973 , auch Disocyanate wie 2,4'- bzw. 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan, 1,3- bzw. 1,4-Diisocyanatocyclohexan, 1,3-Diisoocyanatocyclobutan oder 1,3-Diisocyanato-2(4)-methylcyclohexan als mögliche Ausgangsverbindungen genannt sind, wurden Uretdionpolyisocyanate aus cycloaliphatischen Diisocyanaten, die keine primär gebundenen Isocyanatgruppen aufweisen, aufgrund der fehlenden Aktivität der bisher bekannten Dimerisierungskatalysatoren noch nie konkret beschrieben.Although in some of the publications mentioned for the catalytic dimerization of isocyanates, e.g. B. in EP-A 178 520 . DE-A 34 20 114 . EP-A 317 744 or EP-A 896 973 , also disocyanates such as 2,4'- or 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane, 1,3- or 1,4-diisocyanatocyclohexane, 1,3-diisoocyanatocyclobutane or 1,3-diisocyanato-2 (4) -methylcyclohexane as possible Starting compounds are mentioned, uretdione polyisocyanates from cycloaliphatic diisocyanates, which have no primarily bound isocyanate groups, have never been specifically described due to the lack of activity of the previously known dimerization catalysts.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein neues Verfahren zur Herstellung von Uretdionpolyisocyanaten aus aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Diisocyanaten mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen zur Verfügung zu stellen, das unter Verwendung hochreaktiver und selektiver Katalysatoren möglichst lineare, vorzugsweise isocyanuratgruppenfreie Produkte liefert, wie sie als Ausgangskomponenten für Uretdionpulverlackvernetzer benötigt werden.Object of the present invention It was therefore a new process for the production of uretdione polyisocyanates from aliphatic and / or cycloaliphatic diisocyanates exclusively secondary and / or tertiary to provide bound isocyanate groups, the under Use of highly reactive and selective catalysts if possible supplies linear, preferably isocyanurate group-free products, as they are used as starting components for uretdione powder coating crosslinkers needed become.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind durch Dimerisierung aliphatischer und/oder cycloaliphatischer Isocyanate mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen erhältliche Uretdiongruppen aufweisende Verbindungen mit einem molaren Anteil an Isocyanuratstrukturen, bezogen auf die Summe an Uretdion- und Isocyanuratgruppen, von maximal 10 %.Object of the present invention are aliphatic and / or cycloaliphatic by dimerization Isocyanates with only secondary and / or tertiary bound isocyanate groups available uretdione groups containing compounds with a molar proportion of isocyanurate structures, based on the sum of uretdione and isocyanurate groups, of maximum 10%.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Dimerisierung von Verbindungen mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen in Gegenwart von salzartigen Oligomerisierungskatalysatoren, die im Anion 1,2,3- und/oder 1,2,4-Triazolatstrukturen enthalten.Object of the present invention is also a process for the dimerization of compounds with only secondary and / or tertiary bound isocyanate groups in the presence of salt-like oligomerization catalysts, which contain 1,2,3- and / or 1,2,4-triazolate structures in the anion.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung von nach diesem Verfahren aus Diisocyanaten mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen erhältlichen Uretdionpolyisocyanaten als Ausgangskomponenten für Polyurethankunststoffe, insbesondere als Isocyanatkomponenten zur Herstellung von Uretdionpulverlackvernetzern.The invention also relates to the use of diisocyanates with only secondary and / or tertiary bound isocyanate groups available Uretdione polyisocyanates as starting components for polyurethane plastics, especially as isocyanate components for the production of uretdione powder coating crosslinkers.

Ausgangsverbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind beliebige aliphatische und/oder cycloaliphatische Mono- und Diisocyanate mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen, die nach beliebigen Verfahren, z. B. durch Phosgenierung oder auf phosgenfreiem Weg, beispielsweise durch Urethanspaltung, hergestellt werden können. Die Bezeichnung aliphatisch bzw. cycloaliphatisch bezieht sich dabei lediglich auf die Art der Isocyanatgruppentragenden Kohlenstoffatome, d.h. im Molekül können durchaus auch aromatische Strukturen vorhanden sein. Geeignete Ausgangsisocyanate sind beispielsweise Monoisocyanate, wie 2-Isocyanatopropan, 2-Isocyanato-2-methylpropan, Isocyanatocyclohexan, 1-Isocyanato-4-isopropenyl-1-methylcyclohexan, 4-(1-Isocyanato-1-methylethyl)-1-methyl-1-cyclohexen, 1,3-Dimethyl-5-isocyanatoadamantan oder 1-(1-Isocyanato-1-methylethyl)-3-isopropenylbenzol (TMI), oder Diisocyanate wie 1,3- bzw. 1,4-Diisocyanatocyclohexan, 1,4-Diisocyanato-3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,3-Diisocyanato-2-methylcyclohexan, 1,3-Diisocyanato-4-methylcyclohexan, 1,8-Diisocyanato-p-menthan, 4,4'-Diisocyanato-1,1'-bi(cyclohexyl), 4,4'-Diisocyanato-3,3'-dimethyl-1,1'-bi(cyclohexyl), 4,4'-Diisocyanato-2,2',5,5'-tetramethyl-1,1'-bi(cyclohexyl), 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanato-3,3'-dimethyldicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanato-3,3',5,5'-tetramethyldicyclohexylmethan, 1,3-Diisocyanatoadamantan, 1,3-Dimethyl-5,7-diisocyanatoadamantan, 1,3- und 1,4-Bis(1-isocyanato-1-methylethyl)-benzol (TMXDI), Bis(4-(1-isocyanato-1-methylethyl)phenyl)-carbonat sowie beliebige Gemische solcher Mono- und Diisocyanate. Weitere ebenfalls geeignete Ausgangsisocyanate mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen finden sich darüberhinaus beispielsweise in Justus Liebigs Annalen der Chemie Band 562 (1949) S. 75–136.Starting compounds for the process according to the invention are any aliphatic and / or cycloaliphatic mono- and diisocyanates with only secondary and / or tertiary-bonded isocyanate groups which can be obtained by any process, e.g. B. by phosgenation or by a phosgene-free route, for example by urethane cleavage. The term aliphatic or cycloaliphatic relates only to the type of carbon atoms carrying isocyanate groups, ie aromatic structures may also be present in the molecule. Suitable starting isocyanates are, for example, monoisocyanates, such as 2-isocyanatopropane, 2-isocyanato-2-methylpropane, isocyanatocyclohexane, 1-isocyanato-4-isopropenyl-1-methylcyclohexane, 4- (1-isocyanato-1-methylethyl) -1-methyl-1 -cyclohexene, 1,3-dimethyl-5-isocyanatoadamantane or 1- (1-isocyanato-1-methylethyl) -3-isopropenylbenzene (TMI), or diisocyanates such as 1,3- or 1,4-diisocyanatocyclohexane, 1,4 -Diisocyanato-3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,3-diisocyanato-2-methylcyclohexane, 1,3-diisocyanato-4-methylcyclohexane, 1,8-diisocyanato-p-menthan, 4,4'-diisocyanato-1, 1'-bi (cyclohexyl), 4,4'-diisocyanato-3,3'-dimethyl-1,1'-bi (cyclohexyl), 4,4'-diisocyanato-2,2 ', 5,5'-tetramethyl -1,1'-bi (cyclohexyl), 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane, 4,4'-diisocyanato-3,3'-dimethyldicyclohexylmethane, 4,4'-diisocyanato-3,3 ', 5,5'-tetramethyldicyclohexylmethane , 1,3-diisocyanatoadamantane, 1,3-dimethyl-5,7-diisocyanatoadamantane, 1,3- and 1,4-bis (1-isocyanato-1-methylethyl) -benzene (TMXDI), bis (4- (1st -isocyanato-1-methyl- ethyl) phenyl) carbonate and any mixtures of such mono- and diisocyanates. Further also suitable starting isocyanates with exclusively secondary and / or tertiary-bound isocyanate groups can also be found, for example, in Justus Liebigs Annalen der Chemie Volume 562 (1949) pp. 75-136.

Bevorzugte Ausgangsisocyanate für das erfindungsgemäße Verfahren sind Diisocyanate der genannten Art. Besonders bevorzugte Ausgangsverbindungen sind 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan, 1,3- bzw. 1,4-Diisocyanatocyclohexan oder TMXDI. Ganz besonders bevorzugtes Ausgangsisocyanat ist 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan.Preferred starting isocyanates for the process according to the invention are diisocyanates of the type mentioned. Particularly preferred starting compounds are 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane, 1,3- or 1,4-diisocyanatocyclohexane or TMXDI. Most notably preferred starting isocyanate is 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane.

Als Oligomerisierungskatalysatoren kommen beim erfindungsgemäßen Verfahren beliebige salzartige Verbindungen zum Einsatz, die im Anion 1,2,3- und/oder 1,2,4-Triazolatstrukturen enthalten. Hierbei handelt es sich um Verbindungen, die im Anion Triazolatstrukturen der allgemeinen Formeln (I) und/oder (ll)

Figure 00040001
enthalten, in welchen
R1, R2, R3 und R4 für gleiche oder verschiedenen Reste stehen und jeweils ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom aus der Reihe Fluor, Chlor oder Brom oder eine Nitrogruppe, einen gesättigten oder ungesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest, der bis zu 20 Kohlenstoffatome und gegebenenfalls bis zu 3 Heteroatome aus der Reihe Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff enthalten und gegebenenfalls durch Halogenatome oder Nitrogruppen substituiert sein kann, bedeuten,
und wobei
R3 und R4 in Formel (II) auch gemeinsam mit den Kohlenstoffatomen des 1,2,3-Triazolatfünfringes anellierte Ringe mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen bilden können.Any salt-like compounds which contain 1,2,3- and / or 1,2,4-triazolate structures in the anion are used as oligomerization catalysts in the process according to the invention. These are compounds which have triazolate structures of the general formulas (I) and / or (II) in the anion
Figure 00040001
included in which
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent identical or different radicals and each represents a hydrogen atom, a halogen atom from the series fluorine, chlorine or bromine or a nitro group, a saturated or unsaturated aliphatic or cycloaliphatic, an optionally substituted aromatic or araliphatic Radical which may contain up to 20 carbon atoms and optionally up to 3 heteroatoms from the series oxygen, sulfur, nitrogen and may optionally be substituted by halogen atoms or nitro groups,
and where
R 3 and R 4 in formula (II) can also form fused rings with 3 to 6 carbon atoms together with the carbon atoms of the 1,2,3-triazolate five-membered ring.

Bevorzugte Oligomerisierungskatalysatoren sind solche, die im Anion Triazolatstrukturen der allgemeinen Formel (I) enthalten, in welcher
R1 und R2 für gleiche oder verschiedenen Reste stehen und jeweils ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom aus der Reihe Fluor, Chlor oder Brom oder eine Nitrogruppe, einen gesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest, der bis zu 12 Kohlenstoffatome und gegebenenfalls bis zu 3 Heteroatome aus der Reihe Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff enthalten und gegebenenfalls durch Halogenatome oder Nitrogruppen substituiert sein kann, bedeuten.
Preferred oligomerization catalysts are those which contain triazolate structures of the general formula (I) in which
R 1 and R 2 represent identical or different radicals and each represent a hydrogen atom, a halogen atom from the series fluorine, chlorine or bromine or a nitro group, a saturated aliphatic or cycloaliphatic radical, an optionally substituted aromatic or araliphatic radical which has up to 12 carbon atoms and optionally contain up to 3 heteroatoms from the series oxygen, sulfur, nitrogen and can optionally be substituted by halogen atoms or nitro groups.

Als Oligomerisierungskatalysatoren ebenfalls bevorzugt sind solche, die im Anion Triazolatstrukturen der allgemeinen Formel (II) enthalten, in welcher
R3 und R4 für gleiche oder verschiedenen Reste stehen und jeweils ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom aus der Reihe Fluor, Chlor oder Brom oder eine Nitrogruppe, einen gesättigten oder ungesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest, der bis zu 12 Kohlenstoffatome und gegebenenfalls bis zu 3 Heteroatome aus der Reihe Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff enthalten und gegebenenfalls durch Halogenatome oder Nitrogruppen substituiert sein kann, bedeuten, und auch gemeinsam mit den Kohlenstoffatomen des 1,2,3-Triazolatfünfringes anellierte Ringe mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen bilden können.
Also preferred as oligomerization catalysts are those which contain triazolate structures of the general formula (II) in the anion, in which
R 3 and R 4 stand for identical or different radicals and each represent a hydrogen atom, a halogen atom from the series fluorine, chlorine or bromine or a nitro group, a saturated or unsaturated aliphatic or cycloaliphatic radical, an optionally substituted aromatic or araliphatic radical which has up to 12 Contain carbon atoms and optionally up to 3 heteroatoms from the series oxygen, sulfur, nitrogen and may optionally be substituted by halogen atoms or nitro groups, and also form fused rings with 3 to 6 carbon atoms together with the carbon atoms of the 1,2,3-triazolate five-membered ring can.

Besonders bevorzugte Oligomerisierunskatalysatoren für das erfindungsgemäße Verfahren sind Salze des 1,2,4-Triazols, des 1,2,3-Triazols und/oder des 1,2,3-Benztriazols.Particularly preferred oligomerization catalysts for the inventive method are salts of 1,2,4-triazole, 1,2,3-triazole and / or 1,2,3-benzotriazole.

Als Gegenionen zu den katalytisch aktiven Triazolat-Anionen können die erfindungsgemäß einzusetzenden Katalysatoren beliebige Kationen enthalten. Beispielhaft seien hier genannt Alkalikationen wie Li+, Na+ und K+, Erdalkalikationen wie Mg2+ und Ca2+ sowie Ammonium- oder Phosphoniumkationen, der allgemeinen Formel (III),

Figure 00060001
in welcher
E für Stickstoff oder Phosphor steht,
R5, R6, R7 und R8 für gleiche oder verschiedenen Reste stehen und jeweils ein Wasserstoffatom, einen gesättigten oder ungesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest, der bis zu 24 Kohlenstoffatome und gegebenenfalls bis zu 3 Heteroatome aus der Reihe Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff enthalten und gegebenenfalls durch Halogenatome oder Hydroxygruppen substituiert sein kann, bedeuten, und wobei
R8 auch für einen Rest der Formel (IV)
Figure 00070001
stehen kann, in welchem
X einen zweibindigen, gegebenenfalls substituierten aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen bedeutet und
R5, R6, R7 und E die oben angegebene Bedeutung haben.The catalysts to be used according to the invention can contain any cations as counterions to the catalytically active triazolate anions. Examples include alkali cations such as Li + , Na + and K + , alkaline earth cations such as Mg 2+ and Ca 2+ as well as ammonium or phosphonium cations, of the general formula (III),
Figure 00060001
in which
E represents nitrogen or phosphorus,
R 5 , R 6 , R 7 and R 8 represent identical or different radicals and each represent a hydrogen atom, a saturated or unsaturated aliphatic or cycloaliphatic radical, an optionally substituted aromatic or araliphatic radical, which has up to 24 carbon atoms and optionally up to 3 heteroatoms the series contain oxygen, sulfur, nitrogen and may optionally be substituted by halogen atoms or hydroxyl groups, and where
R 8 also for a radical of the formula (IV)
Figure 00070001
can stand in which
X represents a divalent, optionally substituted aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic radical with up to 12 carbon atoms and
R 5 , R 6 , R 7 and E have the meaning given above.

Bevorzugte Kationen sind Alkaliionen oder einwertige Ammonium- oder Phosphoniumkationen, der allgemeinen Formel (III), in welcher
E für Stickstoff oder Phosphor steht und
R5, R6, R7 und R8 für gleiche oder verschiedenen Reste stehen und jeweils einen gesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest mit bis zu 18 Kohlenstoffatome bedeuten.
Preferred cations are alkali ions or monovalent ammonium or phosphonium cations, of the general formula (III), in which
E represents nitrogen or phosphorus and
R 5 , R 6 , R 7 and R 8 represent identical or different radicals and each represent a saturated aliphatic or cycloaliphatic, an optionally substituted aromatic or araliphatic radical with up to 18 carbon atoms.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren als Oligomerisierungskatalysatoren eingesetzten salzartigen Verbindungen sind zum Teil, z.B. in Form ihrer Natriumsalze, kommerziell erhältlich, ansonsten nach gängigen Labormethoden leicht zugänglich.The process according to the invention salt-like compounds used as oligomerization catalysts are partly, e.g. in the form of their sodium salts, commercially available, otherwise according to common laboratory methods easily accessible.

Diese Katalysatoren kommen beim erfindungsgemäßen Verfahren im Allgemeinen in Mengen von 0,01 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Menge an eingesetztem Isocyanat, zum Einsatz. Die Zugabe zum Reaktionsgemisch kann in Substanz erfolgen; gegebenenfalls können die Katalysatoren jedoch auch in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst eingesetzt werden. Der Verdünnungsgrad der Katalysatorlösungen kann dabei innerhalb eines sehr breiten Bereichs frei gewählt werden. Katalytisch wirksam sind Lösungen ab einer Konzentration von 0,01 Gew.-%.These catalysts come in the process according to the invention generally in amounts of 0.01 to 3% by weight, preferably 0.1 up to 2% by weight, based on the amount of isocyanate used. The addition to the reaction mixture can be carried out in bulk; possibly can however, the catalysts are also in a suitable organic solvent solved be used. The degree of dilution of the catalyst solutions can be freely selected within a very wide range. Solutions are catalytically effective from a concentration of 0.01% by weight.

Geeignete Katalysatorlösungsmittel sind beispielsweise gegenüber Isocyanatgruppen inerte Lösungsmittel wie z.B. Hexan, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Essigsäureethylester, Essigsäurebutylester, Diethylenglykoldimethylether, Dipropylenglykoldimethylether, Ethylenglykolmonomethyl- oder -ethyletheracetat, Diethylenglykolethyl- und -butyletheracetat, Propylenglykolmonomethyletheracetat, 1-Methoxypropyl-2-acetat, 3-Methoxy-n-butylacetat, Propylenglykoldiacetat, Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, Lactone, wie β-Propiolacton, γ-Butyrolacton, ε-Caprolacton und ε-Methylcaprolacton, aber auch Lösungsmittel wie N-Methylpynolidon und N-Methylcaprolactam, 1,2-Propylencarbonat, Methylenchlorid, Dimethylsulfoxid, Triethylphosphat oder beliebige Gemische derartiger Lösungsmittel.Suitable catalyst solvents are opposite, for example Solvents inert to isocyanate groups such as. Hexane, toluene, xylene, chlorobenzene, ethyl acetate, butyl acetate, Diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monomethyl or ethyl ether acetate, diethylene glycol ethyl and butyl ether acetate, Propylene glycol monomethyl ether acetate, 1-methoxypropyl-2-acetate, 3-methoxy-n-butyl acetate, Propylene glycol diacetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, Cyclohexanone, lactones such as β-propiolactone, γ-butyrolactone, ε-caprolactone and ε-methylcaprolactone, but also solvents such as N-methylpynolidone and N-methylcaprolactam, 1,2-propylene carbonate, Methylene chloride, dimethyl sulfoxide, triethyl phosphate or any Mixtures of such solvents.

Falls überhaupt Katalysatorlösungsmittel beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, sind dies bevorzugt solche, die gegenüber Isocyanaten reaktive Gruppen tragen und im Reaktionsprodukt eingebaut werden. Beispiele für solche Lösungsmittel sind ein- oder mehrwertige einfache Alkohole, wie z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, n-Hexanol, 2-Ethyl-1-hexanol, Ethylenglykol, Propylenglykol, die isomeren Butandiole, 2-Ethyl-1,3-hexandiol oder Glycerin; Etheralkohole, wie z. B. 1-Methoxy-2-propanol, 3-Ethyl-3-hydroxymethyloxetan, Tetrahydrofurfurylalkohol, Ethylengylkolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether Diethylengylkolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykol, Dipropylenglykol oder auch flüssige höhermolekulare Polyethylenglykole, Polypropylenglykole, gemischte Polyethylen/polypropylenglykole sowie deren Monoalkylether; Esteralkohole, wie z. B. Ethylenglykolmonoacetat, Propylenglykolmonolaurat, Glycerinmono- und diacetat, Glycerinmonobutyrat oder 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol-monoisobutyrat; ungesättigte Alkohole wie z. B. Allylalkohol, 1,1-Dimethyl-allylalkohol oder Oleinalkohol; araliphatische Alkohole wie z. B. Benzylalkohol; N-monosubstituierte Amide, wie z. B. N-Methylformamid, N-Methylacetamid, Cyanacetamid oder 2-Pyrrolidinon oder beliebige Gemische derartiger Lösungsmittel.If catalyst solvents are used at all in the process according to the invention, these are preferably those which carry groups which are reactive toward isocyanates and are incorporated in the reaction product. Examples of such solvents are monohydric or polyhydric simple alcohols, such as. B. methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, n-hexanol, 2-ethyl-1-hexanol, ethylene glycol, propylene g lycol, the isomeric butanediols, 2-ethyl-1,3-hexanediol or glycerin; Ether alcohols such as e.g. B. 1-methoxy-2-propanol, 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane, tetrahydrofurfuryl alcohol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl glycol, polyethylenethylene glycol, polyethyleneglycol glycol, Ester alcohols, such as. B. ethylene glycol monoacetate, propylene glycol monolaurate, glycerol mono- and diacetate, glycerol monobutyrate or 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate; unsaturated alcohols such as B. allyl alcohol, 1,1-dimethyl-allyl alcohol or oleic alcohol; araliphatic alcohols such as e.g. B. benzyl alcohol; N-monosubstituted amides, such as. B. N-methylformamide, N-methylacetamide, cyanoacetamide or 2-pyrrolidinone or any mixture of such solvents.

Gegebenenfalls, insbesondere im Fall der Umsetzung von Diisocyanaten, wird die Oligomerisierungsreaktion beim erfindungsgemäßen Verfahren beim gewünschten Umsatzgrad, beispielsweise wenn 10 bis 60 % der ursprünglich im Ausgangsgemisch vorliegenden Isocyanatgruppen abreagiert haben, mit Hilfe geeigneter Katalysatorgifte abgebrochen. Solche Katalysatorgifte sind beispielsweise anorganische Säuren wie Salzsäure, phosphorige Säure oder Phosphorsäure, Säurechloride wie Acetylchlorid, Benzoylchlorid oder Isophthaloyldichlorid, Sulfonsäuren und Sulfonsäureester, wie Methansulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Perfluorbutansulfonsäure, Dodecylbenzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäuremethylester und p-Toluolsulfonsäureethylester, Mono- und Dialkylphosphate wie Monotridecylphosphat, Dibutylphosphat und Dioctylphosphat, aber auch silylierte Säuren, wie Methansulfonsäuretrimethylsilylester, Trifluormethansulfonsäuretrimethylsilylester, Phosphorsäure-tris-(trimethylsilylester) und Phosphorsäurediethylester-trimethylsilylester.If necessary, especially in the case the implementation of diisocyanates, the oligomerization reaction in the method according to the invention at the desired one Degree of conversion, for example if 10 to 60% of the originally in Have reacted from the starting mixture of the isocyanate groups present, canceled with the help of suitable catalyst poisons. Such catalyst poisons are, for example, inorganic acids such as hydrochloric acid, phosphorous Acid or Phosphoric acid, acid chlorides such as acetyl chloride, benzoyl chloride or isophthaloyl dichloride, sulfonic acids and sulfonic acid ester, like methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic, perfluorobutanesulphonic, dodecylbenzenesulfonic p-toluenesulphonate and ethyl p-toluenesulfonate, Mono- and dialkyl phosphates such as monotridecyl phosphate, dibutyl phosphate and dioctyl phosphate, but also silylated acids, such as trimethylsilyl methanesulfonate, trifluoromethanesulfonate, Phosphoric acid tris (trimethylsilyl ester) and phosphoric acid diethyl ester trimethylsilyl ester.

Die zur Abstoppung der Reaktion benötigte Menge des Katalysatorgiftes richtet sich dabei nach der molaren Menge des verwendeten Katalysators; im Allgemeinen wird eine äquivalente molare Menge des Abstoppers, bezogen auf den zu Beginn eingesetzten Oligomerisierungskatalysator, eingesetzt. Berücksichtigt man allerdings eventuell während der Reaktion auftretende Katalysatorverluste, so können zur Reaktionsstoppung auch schon 20 bis 80 mol-% des Katalysatorgiftes, bezogen auf die ursprünglich eingesetzte molare Katalysatormenge, ausreichen.The amount needed to stop the reaction the catalyst poison depends on the molar amount the catalyst used; generally becomes an equivalent molar amount of the stopper, based on the one used at the beginning Oligomerization catalyst used. However, one may take into account while the catalyst losses occurring in the reaction can lead to Reaction stop even 20 to 80 mol% of the catalyst poison, based on the original molar amount of catalyst used, sufficient.

Die genannten Katalysatorgifte können sowohl in Substanz als auch in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst eingesetzt werden. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise die bereits oben als mögliche Katalysatorlösungsmittel beschriebenen Lösungsmittel oder deren Gemische. Der Verdünnungsgrad kann innerhalb eines sehr breiten Bereichs frei gewählt werden, geeignet sind beispielsweise Lösungen ab einer Konzentration von 10 Gew.-%.The catalyst poisons mentioned can both in bulk as well as in a suitable organic solvent solved be used. Suitable solvents are, for example, those already possible as catalyst solvents described solvents or their mixtures. The degree of dilution can can be freely selected within a very wide range, for example suitable solutions from a concentration of 10% by weight.

Neben den genannten organischen Lösungsmitteln können beim erfindungsgemäßen Verfahren auch die obengenannten Ausgangsisocyanate mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen als Lösungsmittel für die Katalysatorgifte dienen, sofern diese ausreichend inert gegenüber Isocyantgruppen sind, so dass sich lagerstabile Lösungen herstellen lassen.In addition to the organic solvents mentioned can in the method according to the invention also the abovementioned starting isocyanates with only secondary and / or tertiary bound isocyanate groups as solvents for the catalyst poisons serve if they are sufficiently inert to isocyanate groups, so that there are stable solutions have it made.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können gegebenenfalls auch in der Polyurethanchemie übliche Additive als Stabilisatoren mitverwendet werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um phenolische Antioxidantien, wie z. B. 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, 2,4,6-Tri-tert.-butylphenol und 3,5-Di-tert.-butyl-4-hydroxyanisol, oder mit A1kyl- und/oder Arylresten trisubstituierte Phosphitstabilisatoren, wie z.B. Triphenylphosphit, Tris(nonylphenyl)phosphit, Diphenyl-isooctylphosphit, Diphenylisodecylphosphit, Diisodecyl-phenylphosphit, Diisooctyl-octylphenylphosphit, Phenylneopentylglykolphosphit, 2,4,6-Tri-tert.-butylphenyl-(2-butyl-2-ethyl-1,3-propandiol)phosphit, Triisodecylphosphit, Trilaurylphosphit, Tris(tridecyl)phosphit, Diisodecyl-pentaerythritdiphosphit, Distearyl-pentaerythritdiphosphit, Bis(2,4-di-tert.-butyl-phenyl)-pentaerythritdiphosphit und Tetraphenyl-dipropylenglykoldiphosphit oder beliebige Gemische solcher Additive.In the method according to the invention can optionally also additives customary in polyurethane chemistry as stabilizers can also be used. These are, for example, phenolic Antioxidants such as B. 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, 2,4,6-tri-tert-butylphenol and 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyanisole, or with alkyl and / or Aryl residues trisubstituted phosphite stabilizers, e.g. Triphenyl phosphite, tris (nonylphenyl) phosphite, Diphenyl isooctyl phosphite, diphenyl isodecyl phosphite, diisodecyl phenyl phosphite, diisooctyl octylphenyl phosphite, Phenylneopentyl glycol phosphite, 2,4,6-tri-tert-butylphenyl- (2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol) phosphite, Triisodecyl phosphite, trilauryl phosphite, tris (tridecyl) phosphite, Diisodecyl-pentaerythritol diphosphite, distearyl-pentaerythritol diphosphite, Bis (2,4-di-tert-butyl-phenyl) pentaerythritol diphosphite and tetraphenyl dipropylene glycol diphosphite or any mixtures such additives.

Falls diese Additive überhaupt eingesetzt werden, werden sie dem Reaktionsgemisch in einer Menge von bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 3 Gew.-%, bezogen auf die Menge an eingesetzten Ausgangsisocyanaten, zugesetzt.If these additives at all are used, they are the reaction mixture in an amount of up to 5% by weight, preferably up to 3% by weight, based on the amount added starting isocyanates added.

In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen bei Raumtemperatur flüssige Additive der genannten Art, vorzugsweise die genannten flüssigen Phosphitstabilisatoren als Lösungsmittel für die eingesetzten Katalysatoren und/oder Katalysatorgifte.In a special embodiment of the method according to the invention serve liquid at room temperature Additives of the type mentioned, preferably the liquid phosphite stabilizers mentioned as a solvent for the used catalysts and / or catalyst poisons.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird abgesehen von gegebenenfalls mitverwendeten Katalysator- und/oder Abstopperlösungsmitteln vorzugsweise in Substanz durchgeführt. Es kann aber auch, wenn gewünscht, in Gegenwart weiterer Mengen von gegenüber Isocyanatgruppen inerten Lösungsmitteln durchgeführt werden. Geeignet sind beispielsweise die bereits oben als mögliche Katalysatorlösungsmittel beschriebenen nichtreaktiven Lösungsmittel oder beliebige Gemische dieser Lösungsmittel, die gegebenenfalls in einer Menge von bis zu 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Ausgangsisocyanaten und zugesetztem Lösungsmittel, mitverwendet werden können.The method according to the invention is disregarded of optionally used catalyst and / or stopper solvents preferably carried out in bulk. But it can also if desired in the presence of further amounts of inert towards isocyanate groups solvents carried out become. For example, the catalyst solvents that are already possible above are suitable described non-reactive solvent or any mixtures of these solvents, which are optionally present in an amount of up to 80% by weight on the total amount of starting isocyanates and added solvent, can also be used.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die genannten Ausgangsverbindungen mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen gegebenenfalls unter Inertgas wie beispielsweise Stickstoff, gegebenenfalls in Gegenwart eines geeigneten Lösungsmittels und gegebenenfalls eines Stabilisators der genannten Art bei einer Temperatur von 0 bis 100°C, vorzugsweise 20 bis 60°C vorgelegt. Dann wird ein Oligomerisierungskatalysator bzw. eine Lösung eines Oligomerisierungskatalysators der oben genannten Art in der oben angegebenen Menge zugegeben und die Reaktionstemperatur gegebenenfalls durch eine geeignete Maßnahme (Heizen oder Kühlen) auf eine Temperatur von 20 bis 100°C, vorzugsweise von 25 bis 80°C eingestellt. Die Zugabe des Katalysators kann dabei in einer oder mehreren Portionen aber auch kontinuierlich, z. B. mit Hilfe einer geeigneten Dosierpumpe, über die gesamte Reaktionszeit erfolgen. Die Umsetzung kann gegebenenfalls bei einem angestrebten Oligomeriserungsgrad, beispielsweise bei Erreichen eines Oligomerisierungsgrades von 10 bis 60 %, vorzugsweise 10 bis 40 % durch Zugabe eines Katalysatorgiftes der beispielhaft genannten Art und gegebenfalls nachfolgendes kurzzeitiges Erhitzen der Reaktionsmischung beispielsweise auf eine oberhalb 80°C liegende Temperatur beendet werden. Unter "Oligomerisierungsgrad" ist dabei der Prozentsatz der in der Ausgangsmischung ursprünglich vorhandenen Isocyanatgruppen (diese entsprechen 100%) zu verstehen, der während der erfindungsgemäßen Umsetzung (insbesondere durch Dimerisierung, daneben unter Trimerisierung und im Falle der Mitverwendung der beschriebenen, beispielsweise alkoholischen Katalysatorlösungsmittel durch Reaktion mit Isocyanatgruppen beispielsweise unter Urethanisierung) verbraucht wird. Der genannte Oligomerisierungsgrad wird im Allgemeinen nach einer Reaktionszeit von 30 Minuten bis 8 Stunden, vorzugsweise 1 bis 6 Stunden erreicht.To carry out the process according to the invention, the starting compounds mentioned are exclusively with isocyanate groups which are bonded only secondary and / or tertiary, optionally under an inert gas such as for example nitrogen, optionally in the presence of a suitable solvent and optionally a stabilizer of the type mentioned at a temperature of 0 to 100 ° C, preferably 20 to 60 ° C. Then an oligomerization catalyst or a solution of an oligomerization catalyst of the type mentioned above is added in the amount specified above and the reaction temperature, if appropriate by a suitable measure (heating or cooling) to a temperature of 20 to 100 ° C., preferably 25 to 80 ° C. set. The addition of the catalyst can in one or more portions but also continuously, for. B. with the aid of a suitable metering pump, over the entire reaction time. The reaction can optionally be terminated at a desired degree of oligomerization, for example when a degree of oligomerization of 10 to 60% is achieved, preferably 10 to 40%, by adding a catalyst poison of the type mentioned by way of example and, if appropriate, subsequently briefly heating the reaction mixture, for example to a temperature above 80.degree become. “Degree of oligomerization” is to be understood as the percentage of the isocyanate groups originally present in the starting mixture (these correspond to 100%), that during the reaction according to the invention (in particular by dimerization, in addition by trimerization and, if the described, for example alcoholic, catalyst solvents are used, by reaction with isocyanate groups, for example under urethanization). The degree of oligomerization mentioned is generally achieved after a reaction time of 30 minutes to 8 hours, preferably 1 to 6 hours.

Vorzugsweise wird das Reaktionsgemisch anschließend durch Dünnschichtdestillation bei Drücken von 0,001 bis 20 mbar, bevorzugt 0,01 bis 5 mbar, unter möglichst schonenden Bedingungen, beispielsweise bei einer Temperatur von 120 bis 220°C, vorzugsweise von 140 bis 190°C, von flüchtigen Bestandteilen (überschüssigen monomeren Ausgangsisocyanaten und gegebenenfalls mitverwendeten nichtreaktiven Lösungsmitteln und Stabilisatoren) befreit.Preferably the reaction mixture subsequently by thin film distillation when you press 0.001 to 20 mbar, preferably 0.01 to 5 mbar, if possible gentle conditions, for example at a temperature of 120 to 220 ° C, preferably from 140 to 190 ° C, of volatile Ingredients (excess monomer Starting isocyanates and any non-reactive ones used solvents and stabilizers).

In einer anderen, jedoch weniger bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die genannten flüchtigen Bestandteile durch Extraktion mit geeigneten gegenüber Isocyanatgruppen inerten Lösungsmitteln, beispielsweise aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffen wie Pentan, Hexan, Heptan, Cyclopentan oder Cyclohexan vom Oligomerisierungsprodukt abgetrennt.In another, but less preferred embodiment of the method according to the invention the aforementioned volatile Components by extraction with suitable inert to isocyanate groups solvents for example aliphatic or cycloaliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, cyclopentane or cyclohexane from the oligomerization product separated.

Auf diese Weise erhält man in Abhängigkeit von der Art der gewählten Ausgangsisocyanate farbhelle oder nahezu farblose Uretdiongruppen aufweisende Produkte, deren Gehalt an Isocyanatgruppen in Abhängigkeit vom Oligomerisierungsgrad bis zu 25,4 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 23,9 Gew.-%, bei ausschließlicher Verwendung von Diisocyanaten als Ausgangsverbindungen von 11,2 bis 25,4 Gew.-%, vorzugsweise von 12,8 bis 23,9 Gew.-%, beträgt und die weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 2 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-% an monomeren Ausgangsisocyanaten enthalten. Der molare Anteil an Iso cyanuratstrukturen in den erfindungsgemäßen Verfahrensprodukten beträgt bezogen auf die Summe an Uretdion- und Isocyanuratgruppen vorzugsweise maximal 10 %, besonders bevorzugt maximal 8 % und ganz besonders bevorzugt maximal 5 %.This way you get in dependence on the type of chosen Starting isocyanates of bright or almost colorless uretdione groups containing products, the content of isocyanate groups depending of the degree of oligomerization up to 25.4% by weight, preferably up to 23.9% by weight, with exclusive Use of diisocyanates as starting compounds from 11.2 to 25.4% by weight, preferably from 12.8 to 23.9% by weight, and less than 5% by weight, preferably less than 2% by weight, particularly preferred contain less than 1 wt .-% of monomeric starting isocyanates. The molar proportion of isocyanurate structures in the process products according to the invention is based on the sum of uretdione and isocyanurate groups preferably at most 10%, particularly preferably at most 8% and very particularly preferably at most 5%.

Die anfallenden Destillate, die neben nicht umgesetzten monomeren Ausgangsisocyanaten gegebenenfalls mitverwendete Lösungsmittel und Stabilisatoren sowie bei Verzicht auf den Einsatz eines Katalysatorgiftes gegebenenfalls aktiven Katalysator enthalten, können problemlos zur erneuten Oligomerisierung verwendet werden.The distillates that come alongside unreacted monomeric starting isocyanates optionally used solvent and stabilizers as well as if a catalyst poison is not used optionally containing active catalyst can be easily re-used Oligomerization can be used.

Gegebenenfalls kann beim erfindungsgemäßen Verfahren nach anteiliger katalytischer Oligomerisierung und Abbruch der Reaktion beim angestrebten Oligomerisierungsgrad durch Zugabe eines Katalysatorgiftes auch auf die Abtrennung des überschüssigen, nicht umgesetzten Ausgangsdiisocyanates verzichtet werden. In diesem Fall erhält man als Verfahrensprodukte farbhelle Lösungen von Uretdiongruppen enthaltenden Verbindungen in bis zu 70 Gew.-% monomerem Ausgangsisocyanat.

  • 1. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet auf einfache Weise unter Verwendung sehr geringer Katalysatorkonzentrationen innerhalb sehr kurzer Reaktionszeiten erstmals die Dimerisierung sekundär und/oder tertiär gebundener Isocyanatgruppen.
  • 2. Die nach diesem Verfahren aus Diisocyanaten mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen erhältlichen Uretdionpolyisocyanate bzw. deren Lösungen in monomeren Ausgangsdiisocyanaten stellen wertvolle Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Polyurethankunststoffen nach dem Polyadditionsverfahren, bevorzugt zur Herstellung von Ein- oder Zweikomponenten-Polyurethanlacken, dar. Sie können dabei auch in mit aus der Polyurethanchemie an sich bekannten Blockierungsmitteln blockierter Form als Vernetzerkomponenten für Einkomponenten-Einbrennlacke eingesetzt werden. Geeignete Blockierungsmittel sind beispielsweise die aus der Polyurethanchemie als Blockierungsmittel für Isocyanatgruppen bekannten Oxime, wie z. B. Acetonoxim, Butanonoxim und Cyclohexanonoxim, Lactame, wie ε-Caprolactam, C-H-acide Verbindungen, wie Malonsäurediethylester und Acetessigester, N-Heterocyclen, wie 1,2,4-Triazol, Dimethyl-1,2,4-triazol, 3,5-Dimethylpyrazol und Imidazol sowie beliebige Gemische dieser Blockierungsmittel.
If necessary, in the process according to the invention after proportionate catalytic oligomerization and termination of the reaction at the desired degree of oligomerization by adding a catalyst poison, it is also possible to dispense with the removal of the excess, unreacted starting diisocyanate. In this case, the process products obtained are light-colored solutions of compounds containing uretdione groups in up to 70% by weight of monomeric starting isocyanate.
  • 1. The process according to the invention allows for the first time the dimerization of secondary and / or tertiary-bound isocyanate groups in a simple manner using very low catalyst concentrations within very short reaction times.
  • 2. The uretdione polyisocyanates obtainable by this process from diisocyanates with only secondary and / or tertiary bonded isocyanate groups or their solutions in monomeric starting diisocyanates represent valuable starting materials for the production of polyurethane plastics by the polyaddition process, preferably for the production of one- or two-component polyurethane paints. They can also be used as crosslinking components for one-component stoving enamels in the form of blocking agents known per se from polyurethane chemistry. Suitable blocking agents are, for example, the oximes known from polyurethane chemistry as blocking agents for isocyanate groups, such as, for. B. acetone oxime, butanone oxime and cyclohexanone oxime, lactams such as ε-caprolactam, CH-acidic compounds such as diethyl malonate and acetoacetic ester, N-heterocycles such as 1,2,4-triazole, dimethyl-1,2,4-triazole, 3, 5-dimethylpyrazole and imidazole and any mixtures of these blocking agents.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus Diisocyanaten mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen erhältlichen Uretdionpolyisocyanate eignen sich insbesondere als Ausgangskomponenten zur Herstellung von Uretdionpulverlackvernetzern.The according to the inventive method from diisocyanates with only secondary and / or Uretdione polyisocyanates obtainable with tertiary bound isocyanate groups are particularly suitable as starting components for the production of uretdione powder coating crosslinkers.

BeispieleExamples

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Der Begriff "Oligomerisierungsgrad" bezeichnet den Prozentsatz der in der Ausgangsmischung ursprünglich vorhandenen Isocyanatgruppen (diese entsprechen 100 %), der während der erfindungsgemäßen Umsetzung, beispielsweise durch Dimerisierung und Trimerisierung, verbraucht wird.The following examples are for further explanation the invention. The term "degree of oligomerization" denotes the percentage of the isocyanate groups originally present in the starting mixture (these correspond to 100%) during the implementation according to the invention, for example by dimerization and trimerization becomes.

Herstellung der Katalysatorenmanufacturing of the catalysts

Katalysator 1: Natrium-1,2,4-triazolatCatalyst 1: sodium 1,2,4-triazolate

In einer Dreihalskolben-Rührapparatur mit mechanischem Rührer, Innenthermometer und Rückflusskühler wurden 200 ml trockenes Methanol und 48 ml einer 30 %igen methanolischen Lösung von Natum-Methanolat, entsprechend 0,25 mol Natrium-Methanolat, unter trockenem Stickstoff vorgelegt. Hierzu gab man bei Raumtemperatur portionsweise 17,4 g (0,25 mol) 1,2,4-Triazol. Nach beendeter Zugabe des 1,2,4-Triazols wurde die Reaktionsmischung 4 h lang bei Rückflußtemperatur gerührt. Anschließend wurde das Lösungsmittel bei vermindertem Druck abdestilliert und der verbleibende ölige Rückstand bei Raumtemperatur mit 200 ml Methylenchlorid versetzt. Man rührte 15 min bei Raumtemperatur und filtrierte das als Feststoff ausgefallene Produkt ab. Man erhielt 22,5 g Natrium-1,2,4-triazolat (Ausbeute: 98 % d.Th.) in Form eines farblosen Pulvers. Das Produkt war laut 1H-NMR-Spektrum rein und frei von eingesetztem 1,2,4-Triazol.200 ml of dry methanol and 48 ml of a 30% methanolic solution of natum methoxide, corresponding to 0.25 mol of sodium methoxide, were placed under dry nitrogen in a three-necked flask with mechanical stirrer, internal thermometer and reflux condenser. 17.4 g (0.25 mol) of 1,2,4-triazole were added in portions at room temperature. After the addition of the 1,2,4-triazole was complete, the reaction mixture was stirred at the reflux temperature for 4 hours. The solvent was then distilled off under reduced pressure and 200 ml of methylene chloride were added to the remaining oily residue at room temperature. The mixture was stirred at room temperature for 15 min and the product which had precipitated out as a solid was filtered off. 22.5 g of sodium 1,2,4-triazolate (yield: 98% of theory) were obtained in the form of a colorless powder. According to the 1 H-NMR spectrum, the product was pure and free of 1,2,4-triazole.

Katalysator 2: Natrium-1,2,3-triazolatCatalyst 2: sodium 1,2,3-triazolate

17,4 g (0,25 mol) 1,2,3-Triazol wurden nach dem für Katalysator 1 beschriebenen Verfahren in 200 ml Methanol mit einer äquivalenten Menge methanolischer Natrium-Methanolat-Lösung umgesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde wie oben beschrieben aufgearbeitet und man erhielt 22,4 g Natrium-1,2,3-triazolat (Ausbeute: 98 % d.Th.) in Form eines fast farblosen Pulvers. Das Produkt war laut 1H-NMR-Spektrum rein und frei von Edukt.17.4 g (0.25 mol) of 1,2,3-triazole were reacted in 200 ml of methanol with an equivalent amount of methanolic sodium methanolate solution by the process described for catalyst 1. The reaction mixture was worked up as described above and 22.4 g of sodium 1,2,3-triazolate (yield: 98% of theory) were obtained in the form of an almost colorless powder. According to the 1 H-NMR spectrum, the product was pure and free of starting material.

Katalysator 3: Natrium-BenztriazolatCatalyst 3: sodium benzotriazolate

29,8 g (0,25 mol) Benztriazol wurden nach dem für Katalysator 1 beschriebenen Verfahren in 200 ml Methanol mit einer äquivalenten Menge methanolischer Natrium-Methanolat-Lösung umgesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde wie oben beschrieben aufgearbeitet und man erhielt 34,2 g Natrium-Benztriazolat (Ausbeute: 97 % d.Th.) in Form eines fast farblosen Pulvers. Das Produkt war laut 1H-NMR-Spektrum rein und frei von Edukt.29.8 g (0.25 mol) of benzotriazole were reacted according to the procedure described for catalyst 1 in 200 ml of methanol with an equivalent amount of methanolic sodium methanolate solution. The reaction mixture was worked up as described above and 34.2 g of sodium benzotriazolate (yield: 97% of theory) were obtained in the form of an almost colorless powder. According to the 1 H-NMR spectrum, the product was pure and free of starting material.

Katalysator 4: Tetrabutylphosphonium-1,2,4-triazolatCatalyst 4: tetrabutylphosphonium 1,2,4-triazolate

In einer Dreihalskolben-Rührapparatur mit mechanischem Rührer, Innenthermometer und Rückflusskühler wurden bei Raumtemperatur unter trockenem Stickstoff 18,0 g einer 30 %igen methanolischen Natriummethanolat-Lösung, entsprechend 0,1 mol Natrium-Methanolat, vorgelegt. Man tropfte innerhalb von 20 min eine Lösung von 6,9 g (0,1 mol) 1,2,4-Triazol in 20 ml Methanol zu, rührte das Reaktionsgemisch eine Stunde nach und gab anschließend innerhalb von 20 min 41,3 g (0,1 mol) einer 71,4 gew.-%igen Lösung von Tetrabutylphosphoniumchlorid in Isopropanol (Cyphos® 443P, Fa. Cytec Industries, Neuss) zu. Unmittelbar nach Beginn der Phosphoniumsalz-Zugabe setzte die Ausscheidung von Natriumchlorid ein. Man rührte die Reaktionsmischung eine weitere Stunde bei Zimmertemperatur nach, filtrierte und engte schließlich am Rotationsverdampfer bei einer Badtemperatur von 40°C und einem Druck von ca. 1 mbar bis auf eine Menge von ca. 50 ml ein. Der Rückstand wurde erneut filtriert, und man erhielt 42,5 g einer klaren, nahezu farblosen Lösung von Tetrabutylphosphonium-1,2,4-triazolat in einem MethanoUIsopropanol-Gemisch. Der Gehalt an aktivem Katalysator betrug nach acidimetrischer Titration mit 0,1 n HCl gegen Phenolphthalein 73,0 Gew.-%, das gaschroma tografisch (GC) bestimmte Verhältnis von Methanol zu Isopropanol betrug 25,4 : 74,6 % (Flächen-%).In a three-neck flask with mechanical stirrer, internal thermometer and reflux condenser, 18.0 g of a 30% strength methanolic sodium methoxide solution, corresponding to 0.1 mol of sodium methoxide, were placed at room temperature under dry nitrogen. A solution of 6.9 g (0.1 mol) of 1,2,4-triazole in 20 ml of methanol was added dropwise in the course of 20 minutes, the reaction mixture was stirred for an hour and then 41.3 g ( 0.1 mol) of a 71.4 wt .-% solution of tetrabutylphosphonium chloride in isopropanol (CYPHOS ® 443P, Fa. Cytec Industries, Neuss) to. Immediately after the beginning of the phosphonium salt addition, the excretion of sodium chloride began. The reaction mixture was stirred for a further hour at room temperature, filtered and finally concentrated on a rotary evaporator at a bath temperature of 40 ° C. and a pressure of approx. 1 mbar to an amount of approx. 50 ml. The residue was filtered again and 42.5 g of a clear, almost colorless solution of tetrabutylphosphonium-1,2,4-triazolate were obtained in a mixture of methanoisopropanol. The content of active catalyst after acidimetric titration with 0.1 N HCl against phenolphthalein was 73.0% by weight, the gas-chromatographically (GC) determined ratio of methanol to isopropanol was 25.4: 74.6% (area% ).

Katalysator 5: Methyltrioctylammonium-1,2,4-triazolatCatalyst 5: methyl trioctylammonium 1,2,4-triazolate

Nach dem für Katalysator 4 beschriebenen Verfahren wurden 6,9 g (0,1 mol) 1,2,4-Triazol gelöst in 20 g Methanol zuerst mit 18,0 g (0,1 mol) 30%iger methanolischer Natriummethanolat-Lösung und anschließend mit 80,6 g einer 50 %igen Lösung von Methyltrioctylammoniumchlorid (Aliquat® 336, Cognis Deutschland GmbH&Co. KG, Diisseldorf) in Methanol, entsprechend 0,1 mol Methyltrioctylammoniumchlorid, umgesetzt. Nach Filtration, Entfernen des Lösungsmittels am Rotationsverdampfer und erneuter Filtration erhielt man 40,3 g Methyltrioctylammonium-1,2,4-triazolat als klare, hellgelbe Flüssigkeit. Der Gehalt an aktivem Katalysator betrug nach acidimetrischer Titration mit 0,1 n HCl 92,3 Gew.-%.According to the process described for catalyst 4, 6.9 g (0.1 mol) of 1,2,4-triazole were dissolved in 20 g of methanol first with 18.0 g (0.1 mol) of 30% methanolic sodium methoxide solution and subsequently 80.6 g of a 50% solution of methyltrioctylammonium chloride (Aliquat ® 336, Cognis Germany GmbH & Co. KG, Diisseldorf) in methanol, corresponding to 0.1 mol methyltrioctylammonium implemented. After filtration, removal of the solvent on a rotary evaporator and renewed filtration, 40.3 g of methyltrioctylammonium-1,2,4-triazolate were obtained as a clear, light yellow liquid. The content of active catalyst after acidimetric titration with 0.1 N HCl was 92.3% by weight.

Katalysator 6: Trihexyltetradecylphosphonium-1,2,4-triazolatCatalyst 6: trihexyltetradecylphosphonium 1,2,4-triazolate

In einer Dreihalskolben-Rührapparatur mit mechanischem Rührer, Innenthermometer und Rückflusskühler wurden bei Raumtemperatur unter trockenem Stickstoff 180 g einer 30 %igen methanolischen Natrium-Methanolat-Lösung, entsprechend 1,0 mol Natrium-Methanolat, vorgelegt. Man tropfte innerhalb von 45 min eine Lösung von 69 g (1,0 mol) 1,2,4-Triazol in 200 ml Methanol zu und rührte das Reaktionsgemisch 12 Stunden nach. Anschließend tropfte man innerhalb von 1 Stunde eine Lösung von 518 g (1,0 mol) Trihexyltetradecylphosphoniumchlorid (Cyphos® 3653, Fa. Cytec Industries, Neuss) gelöst in 60 g Methanol zu. Unmittelbar nach Beginn der Phosphoniumsalz-Zugabe setzte die Ausscheidung von Natriumchlorid ein. Man rührte die Reaktionsmischung über Nacht bei Raumtemperatur nach, filtrierte das ausgefallene Natriumchlorid ab und destillierte anschließend das Lösungsmittel in einem handelsüblichen Dünnschichtverdampfer bei einer Temperatur von 50°C und einem Druck von ca. 0,3 mbar ab. Der Rückstand wurde erneut filtriert und man erhielt 510 g (Ausbeute: 92,6 % d.Th.) Trihexyltetradecylphosphonium-1,2,4- triazolat als klare, nahezu farblose Flüssigkeit mit einer Viskosität von 570 mPas (23°C) und einem Brechungsindex nD 20 von 1,4821. Der Restgehalt an Methanol betrug 0,1 Gew.-%.In a three-necked flask with mechanical stirrer, internal thermometer and reflux condenser, 180 g of a 30% methanolic sodium methanolate solution, corresponding to 1.0 mol of sodium methoxide, were placed at room temperature under dry nitrogen. A solution of 69 g (1.0 mol) of 1,2,4-triazole in 200 ml of methanol was added dropwise within 45 min and the reaction mixture was stirred for 12 hours. Was then added dropwise over 1 hour a solution of 518 g (1.0 mol) trihexyltetradecylphosphonium chloride (CYPHOS ® 3653, Fa. Cytec Industries, Neuss, Germany) dissolved in 60 g of methanol. Immediately after the beginning of the phosphonium salt addition, the excretion of sodium chloride began. The reaction mixture was stirred overnight at room temperature, the precipitated sodium chloride was filtered off and the solvent was then distilled off in a commercially available thin-film evaporator at a temperature of 50 ° C. and a pressure of about 0.3 mbar. The residue was filtered again and 510 g (yield: 92.6% of theory) of trihexyltetradecylphosphonium-1,2,4-triazolate were obtained as a clear, almost colorless liquid with a viscosity of 570 mPas (23 ° C.) and one Refractive index n D 20 of 1.4821. The residual methanol content was 0.1% by weight.

Beispiel 1example 1

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan wurden bei 30°C unter trockenem Stickstoff und Rühren mit einer Lösung von 2 g (0,022 mol) Natrium-1,2,4-triazolat (Katalysator 1) in 25 ml Dimethylsulfoxid (DMSO) versetzt, worauf die Temperatur des Reaktionsgemisches aufgrund der freiwerdenden Reaktionswärme bis auf 39°C anstieg. Nach einer Reaktionszeit von 60 Minuten, während der die Exothermie wieder abklang, war der NCO-Gehalt der Reaktionsmischung auf 26,3 Gew.-%, entsprechend einem Oligomerisierungsgrad von 15,6 %, abgesunken. Der Katalysator wurde nun durch Zugabe von 4,6 g (0,022 mol) Dibutylphosphat deaktiviert. Die dabei entstehende Trübung wurde abfiltriert und die klare, farblose Reaktionsmischung mit Hilfe eines Dünnschichtverdampfers bei einer Temperatur von 155°C und einem Druck von 0,2 mbar von flüchtigen Bestandteilen (überschüssigem Diisocyanat und Katalysatorlösungsmittel) befreit. Man erhielt ein farbloses Uretdionpolyisocyanat mit einem Gehalt an freien NCO-Gruppen von 14,1 Gew.-%, einem Gehalt an monomerem 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan von 0,4 Gew.-%, einer Viskosität (nach DIN 53 018) von mehr als 200.000 mPas (23°C) und einer Farbzahl (APHA), bestimmt an einer 10 gew.-%igen Lösung in Methylenchlorid, von 12. Das molare Verhältnis von Uretdion- zu Isocyanuratstrukturen betrug nach 13C-NMR-Spektroskopie 98,4 : 1,6.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane were at 30 ° C under dry nitrogen and stirring with a solution of 2 g (0.022 mol) of sodium 1,2,4-triazolate (catalyst 1) in 25 ml Dimethyl sulfoxide (DMSO) was added, whereupon the temperature of the reaction mixture rose to 39 ° C. due to the heat of reaction liberated. After a reaction time of 60 minutes, during which the exotherm subsided, the NCO content of the reaction mixture had dropped to 26.3% by weight, corresponding to a degree of oligomerization of 15.6%. The catalyst was now deactivated by adding 4.6 g (0.022 mol) of dibutyl phosphate. The resulting turbidity was filtered off and the clear, colorless reaction mixture was freed from volatile constituents (excess diisocyanate and catalyst solvent) using a thin-layer evaporator at a temperature of 155 ° C. and a pressure of 0.2 mbar. A colorless uretdione polyisocyanate with a free NCO group content of 14.1% by weight, a monomeric 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane content of 0.4% by weight and a viscosity (according to DIN 53 018) of more than 200,000 mPas (23 ° C) and a color number (APHA), determined on a 10% strength by weight solution in methylene chloride, of 12. According to 13 C-NMR spectroscopy, the molar ratio of uretdione to isocyanurate structures was 98. 4: 1.6.

Beispiel 2Example 2

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan wurden bei 30°C unter trockenem Stickstoff und Rühren mit einer Lösung von 2 g (0,022 mol) Natrium-1,2,3-triazolat (Katalysator 2) in 25 ml Dimethylsulfoxid (DMSO) versetzt, worauf die Temperatur des Reaktionsgemisches aufgrund der freiwerdenden Reaktionswärme bis auf 39°C anstieg. Nach einer Reaktionszeit von 60 Minuten, während der die Exothermie wieder abklang, war der NCO-Gehalt der Reaktionsmischung auf einen Wert von 26,7 Gew.-%, entsprechend einem Oligomerisierungsgrad von 14,3 %, abgesunken. Der Katalysator wurde nun durch Zugabe von 4,6 g (0,022 mol) Dibutylphosphat deaktiviert und das Reaktionsgemisch wie in Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet. Man erhielt ein hochviskoses farbloses Uretdionpolyisocyanat mit einem Gehalt an freien NCO-Gruppen von 14,1 Gew.-%, einem Gehalt an monomerem 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan von 0,5 Gew.-% und einer Farbzahl (APHA), bestimmt an einer 10 gew.-%igen Lösung in Methylenchlorid, von 14. Das molare Verhältnis von Uretdion- zu Isocyanuratstrukturen betrug nach 13C-NMR-Spektroskopie 99,1 : 0,9.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane were at 30 ° C under dry nitrogen and stirring with a solution of 2 g (0.022 mol) of sodium 1,2,3-triazolate (catalyst 2) in 25 ml Dimethyl sulfoxide (DMSO) was added, whereupon the temperature of the reaction mixture rose to 39 ° C. due to the heat of reaction liberated. After a reaction time of 60 minutes, during which the exotherm subsided, the NCO content of the reaction mixture had dropped to a value of 26.7% by weight, corresponding to a degree of oligomerization of 14.3%. The catalyst was then deactivated by adding 4.6 g (0.022 mol) of dibutyl phosphate and the reaction mixture was worked up as described in Example 1. A highly viscous colorless uretdione polyisocyanate with a free NCO group content of 14.1% by weight, a monomeric 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane content of 0.5% by weight and a color number (APHA) was determined a 10% by weight solution in methylene chloride, of 14. The molar ratio of uretdione to isocyanurate structures was 99.1: 0.9 according to 13 C-NMR spectroscopy.

Beispiel 3Example 3

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexyhnethan wurden bei 30°C unter trockenem Stickstoff und Rühren mit einer Lösung von 3,0 g (0,021 mol) Natrium-Benztriazolat (Katalysator 3) in 40 ml Dimethylsulfoxid (DMSO) versetzt, worauf die Temperatur des Reaktionsgemisches aufgrund der freiwerdenden Reaktionswärme bis auf 37°C anstieg. Nach einer Reaktionszeit von 60 Minuten, während der die Exothermie wieder abklang, war der NCO-Gehalt der Reaktionsmischung auf einen Wert von 26,5 Gew. %, entsprechend einem Oligomerisierungsgrad von 13,6 %, abgesunken. Der Katalysator wurde nun durch Zugabe von 4,4 g (0,021 mol) Dibutylphosphat deaktiviert und das Reaktionsgemisch wie in Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet. Man erhielt ein hochviskoses farbloses Uretdionpolyisocyanat mit einem Gehalt an freien NCO-Gruppen von 14,0 Gew.-%, einem Gehalt an monomerem 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan von 0,5 Gew.-% und einer Farbzahl (APHA), bestimmt an einer 10 gew.-%igen Lösung in Methylenchlorid, von 21. Das molare Verhältnis von Uretdion- zu Isocyanuratstrukturen betrug nach 13C-NMR-Spektroskopie 96,4 : 3,6.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylethane were at 30 ° C under dry nitrogen and stirring with a solution of 3.0 g (0.021 mol) of sodium benzotriazolate (catalyst 3) in 40 ml of dimethyl sulfoxide (DMSO) added, whereupon the temperature of the reaction mixture rose to 37 ° C. due to the heat of reaction released. After a reaction time of 60 minutes during which the exotherm subsided, the NCO content of the reaction mixture was 26.5% by weight, corresponding to one Degree of oligomerization of 13.6%, decreased. The catalyst was then deactivated by adding 4.4 g (0.021 mol) of dibutyl phosphate and the reaction mixture was worked up as described in Example 1. A highly viscous colorless uretdione polyisocyanate with a free NCO group content of 14.0% by weight, a monomeric 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane content of 0.5% by weight and a color number (APHA) was determined of a 10% by weight solution in methylene chloride, of 21. The molar ratio of uretdione to isocyanurate structures was 96.4: 3.6 according to 13 C-NMR spectroscopy.

Beispiel 4Example 4

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan wurden bei 30°C unter trockenem Stickstoff und Rühren mit einer Lösung von 2,3 g (5,1 mmol) des Katalysators 4 (Tetrabutylphosphonium-1,2,4-triazolat in Methanol/Isopropanol) ver setzt, worauf die Temperatur des Reaktionsgemisches aufgrund der freiwerdenden Reaktionswärme bis auf 42°C anstieg. Nach Abklingen der Exothermie wurde nach 40 Minuten mit weiteren 2,3 g (5,1 mmol) Katalysatorlösung nachkatalysiert. Nach einer Reaktionszeit von insgesamt 1 Stunde 25 Minuten betrug der NCO-Gehalt in der Reaktionsmischung 26,5 Gew.-%, entsprechend einem Oligomerisierungsgrad von 13,6 %. Der Katalysator wurde nun durch Zugabe von 2,15 g (10,2 mmol) Dibutylphosphat deaktiviert und das Reaktionsgemisch wie in Beispiel 1 beschrieben durch Diinnschichtdestillation von überschüssigem Diisocyanat befreit. Man erhielt ein hochviskoses hellgelbes Uretdionpolyisocyanat mit einem Gehalt an freien NCO-Gruppen von 14,2 Gew.-%, einem Gehalt an monomerem 4,4'-Diisocyanatodicyclohexyhnethan von 0,4 Gew.-% und einer Farbzahl (APHA), bestimmt an einer 10 gew.-%igen Lösung in Methylenchlorid, von 17. Das molare Verhältnis von Uretdion- zu Isocyanuratstrukturen betrug nach 13C-NMR-Spektroskopie 97,2 : 2,8.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane were at 30 ° C under dry nitrogen and stirring with a solution of 2.3 g (5.1 mmol) of catalyst 4 (tetrabutylphosphonium-1,2,4- triazolate in methanol / isopropanol) ver, whereupon the temperature of the reaction mixture rose to 42 ° C. due to the heat of reaction released. After the exothermic reaction had subsided, a further 2.3 g (5.1 mmol) of catalyst solution were post-catalyzed after 40 minutes. After a total reaction time of 1 hour 25 minutes, the NCO content in the reaction mixture was 26.5% by weight, corresponding to a degree of oligomerization of 13.6%. The catalyst was then deactivated by adding 2.15 g (10.2 mmol) of dibutyl phosphate and the reaction mixture was freed from excess diisocyanate by thin-layer distillation as described in Example 1. A highly viscous pale yellow uretdione polyisocyanate was obtained with a free NCO group content of 14.2% by weight, a monomeric 4,4'-diisocyanatodicyclohexylhexane content of 0.4% by weight and a color number (APHA) a 10% by weight solution in methylene chloride, of 17. The molar ratio of uretdione to isocyanurate structures was 97.2: 2.8 according to 13 C-NMR spectroscopy.

Beispiel 5Example 5

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan wurden 1 Stunde am Vakuum (2 mbar) entgast, anschließend mit trockenem Stickstoff belüftet und auf 30°C erwärmt. Unter Rühren gab man 8 g (0,02 mol) des Katalysators 5 (Methyltrioctylammonium-1,2,4-triazolat) zu, wobei sich das Reaktionsgemisch aufgrund der freigesetzten Reaktionswärme auf 43°C erwärmte. Nach einer Reaktionszeit von 70 Minuten, während der die Exothermie wieder abklang, betrug der NCO-Gehalt in der Reaktionsmischung 26,6 Gew.-%, entsprechend einem Oligomerisierungsgrad von 16,2 %. Der Katalysator wurde nun durch Zugabe von 4,2 g (0,2 mol) Dibutylphosphat deaktiviert und das resultierende klare, farblose Gemisch wie in Beispiel 1 beschrieben durch Dünnschichtdestillation von überschüssigem Diisocyanat befreit. Man erhielt ein hochviskoses nahezu farbloses Uretdionpolyisocyanat mit einem Gehalt an freien NCO-Gruppen von 14,0 Gew.-%, einem Gehalt an monomerem 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan von 0,3 Gew.-% und einer Farbzahl (APHA), bestimmt an einer 10 gew.-%igen Lösung in Methylenchlorid, von 10. Das molare Verhältnis von Uretdion- zu Isocyanuratstrukturen betrug nach 13C-NMR-Spektroskopie 99,3 : 0,7.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane were degassed for 1 hour in vacuo (2 mbar), then aerated with dry nitrogen and heated to 30 ° C. While stirring, 8 g (0.02 mol) of catalyst 5 (methyltrioctylammonium-1,2,4-triazolate) were added, the reaction mixture heating to 43 ° C. due to the heat of reaction released. After a reaction time of 70 minutes, during which the exotherm subsided, the NCO content in the reaction mixture was 26.6% by weight, corresponding to a degree of oligomerization of 16.2%. The catalyst was then deactivated by adding 4.2 g (0.2 mol) of dibutyl phosphate and the resulting clear, colorless mixture was freed from excess diisocyanate by thin-layer distillation as described in Example 1. A highly viscous, almost colorless uretdione polyisocyanate with a free NCO group content of 14.0% by weight, a monomeric 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane content of 0.3% by weight and a color number (APHA) was determined on a 10% by weight solution in methylene chloride, of 10. The molar ratio of uretdione to isocyanurate structures was 99.3: 0.7 according to 13 C-NMR spectroscopy.

Beispiel 6Example 6

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan wurden 1 Stunde am Vakuum (2 mbar) entgast, anschließend mit trockenem Stickstoff belüftet und auf 30°C erwärmt. Anschließend gab man unter Rühren mit Hilfe einer Infusions-Laborpumpe (KDS 100, KD Scientific, Boston) 12 g (0,022 mol) des Katalysators 6 (Trihexyltetradecylphosphonium-1,2,4-triazolat) kontinuierlich über eine Reaktionszeit von 3 Stunden zu. Nach einer Nachrührzeit von 30 min betrug der NCO-Gehalt in der Reaktionsmischung 26,2 Gew.-%, entsprechend einem Oligomerisierungsgrad von 17,1 %. Der Katalysator wurde nun durch Zugabe von 4,6 g (0,022 mol) Dibutylphosphat deaktiviert und das resultierende klare, farblose Gemisch wie in Beispiel 1 beschrieben durch Dünnschichtdestillation von überschüssigem Diisocyanat befreit. Man erhielt ein hochviskoses nahezu farbloses Uretdionpolyisocyanat mit einem Gehalt an freien NCO-Gruppen von 14,2 Gew.-%, einem Gehalt an monomerem 4,4'-DÜsocyanatodicyclohexylmethan von 0,5 Gew.-% und einer Farbzahl (APHA), bestimmt an einer 10 gew.-%igen Lösung in Methylenchlorid, von 11. Das Produkt enthielt laut 13C-NMR-Spektroskopie ausschließlich Uretdiongruppen. Isocyanuratstrukturen waren nicht nachweisbar.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane were degassed for 1 hour in vacuo (2 mbar), then aerated with dry nitrogen and heated to 30 ° C. Subsequently, 12 g (0.022 mol) of catalyst 6 (trihexyltetradecylphosphonium-1,2,4-triazolate) were added continuously over a reaction time of 3 hours with the aid of an infusion laboratory pump (KDS 100, KD Scientific, Boston). After a subsequent stirring time of 30 minutes, the NCO content in the reaction mixture was 26.2% by weight, corresponding to a degree of oligomerization of 17.1%. The catalyst was then deactivated by adding 4.6 g (0.022 mol) of dibutyl phosphate and the resulting clear, colorless mixture was freed from excess diisocyanate by thin-layer distillation as described in Example 1. A highly viscous, almost colorless uretdione polyisocyanate with a free NCO group content of 14.2% by weight, a monomeric 4,4'-D-isocyanatodicyclohexylmethane content of 0.5% by weight and a color number (APHA) was determined on a 10% by weight solution in methylene chloride, of 11. According to 13 C-NMR spectroscopy, the product only contained uretdione groups. No isocyanurate structures were detectable.

Vergleichsbeispiel 1 (gemäß EP-A 317 744 )Comparative Example 1 (according to EP-A 317 744 )

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexyhnethan wurden bei Raumtemperatur unter trockenem Stickstoff und Rühren mit 20 g (2 Gew.-%) 4-Dimethylaminopyridin (DMAP) als Katalysator versetzt. Nach 5 Tagen wies die fast farblose Reaktionsmischung unverändert einen NCO-Gehalt von 31,4 Gew.-% auf. Auch im IR-Spektrum fand sich kein Hinweis auf Uretdiongruppen.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylethane were at room temperature with dry nitrogen and stirring with 20 g (2% by weight) of 4-dimethylaminopyridine (DMAP) were added as a catalyst. After 5 days, the almost colorless reaction mixture remained unchanged NCO content of 31.4% by weight. Neither was found in the IR spectrum Reference to uretdione groups.

Vergleichsbeispiel 2 (gemäß EP-A 317 744 )Comparative Example 2 (according to EP-A 317 744 )

1000 g 4,4'-Diisocyanatodicyclohexyhnethan wurden wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben mit 20 g (2 Gew.-%) DMAP versetzt und anschließend für 5 Tage auf 50°C erwärmt. Die schwach gelbe Reaktionsmischung wies einen unveränderten NCO-Gehalt von 31,4 Gew.-% auf. Im IR-Spektrum fand sich kein Hinweis auf Uretdiongruppen.1000 g of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylethane were as described in Comparative Example 1 with 20 g (2 wt .-%) DMAP offset and then for 5 days to 50 ° C heated. The pale yellow reaction mixture showed an unchanged NCO content of 31.4% by weight. There was no evidence in the IR spectrum Uretdione.

Vergleichsbeispiel 3 (gemäß EP-A 317 744 )Comparative Example 3 (according to EP-A 317 744 )

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan wurden bei Raumtemperatur unter trockenem Stickstoff und Rühren mit 100 g (10 Gew.-%) 4-Dimethylaminopyridin (DMAP) als Katalysator versetzt. Nach 5 Tagen war im IR-Spektrum eine sehr schwach ausgeprägte Bande bei 1760 cm–1 zu erkennen, die als Hinweis auf das Vorhandensein geringer Mengen an Uretdiongruppen gedeutet werden kann. Der NCO-Gehalt der hellgelben Reaktionsmischung war von 29,0 auf 28,6 Gew.-% gesunken, was einem Oligomerisierungsgrad von 1,4 % entspricht.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane were mixed with 100 g (10% by weight) of 4-dimethylaminopyridine (DMAP) as a catalyst at room temperature under dry nitrogen. After 5 days, a very weak band at 1760 cm -1 could be seen in the IR spectrum, which can be interpreted as an indication of the presence of small amounts of uretdione groups. The NCO content of the light yellow reaction mixture had dropped from 29.0 to 28.6% by weight, which corresponds to a degree of oligomerization of 1.4%.

Vergleichsbeispiel 4 (gemäß EP-A 317 744 )Comparative Example 4 (according to EP-A 317 744 )

1000 g (3,82 mol) 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan wurden bei Raumtemperatur unter trockenem Stickstoff und Rühren mit 50 g (5 Gew.-%) Hexamethylphosphorsäuretriamid als Katalysator versetzt. Nach 5 Tagen wies die fast farblose Reaktionsmischung unverändert einen NCO-Gehalt von 31,3 Gew.-% auf. Im IR-Spektrum fand sich kein Hinweis auf Uretdiongruppen.1000 g (3.82 mol) of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane were at room temperature with dry nitrogen and stirring with 50 g (5 wt .-%) hexamethylphosphoric triamide as a catalyst added. After 5 days the almost colorless reaction mixture showed unchanged an NCO content of 31.3% by weight. There was no evidence in the IR spectrum Uretdione.

Die Vergleichsbeispiele zeigen, dass die literaturbekannten Katalysatoren zur hochselektiven Dimerisierung von Isocyanaten im Gegensatz zu den Katalysatoren des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber sekundär gebundenen Isocyanatgruppen selbst in hohen Konzentrationen keine oder eine nur äußerst geringe, zur technischen Herstellung von Uretdionpolyisocyanaten völlig unzureichende Aktivität aufweisen.The comparative examples show that the known catalysts for highly selective dimerization of isocyanates in contrast to the catalysts of the process according to the invention towards secondary bound Isocyanate groups no or one even in high concentrations very little, completely insufficient for the technical production of uretdione polyisocyanates activity exhibit.

Beispiele 7 und 8Examples 7 and 8

Nach dem in Beispiel 6 beschriebenen Verfahren wurden jeweils 500 g 4,4'-Diisocyanato-3,3'-dimethyldicyclohexylmethan (Beispiel 7) und TMXDI (Beispiel 8) bei 30°C in Gegenwart von Katalysator 6 oligomerisiert. Die Reaktionsgemische wurden jeweils mit äquimolaren Menge an Dibutylphosphat abgestoppt und anschließend durch Diinnschichtdestillation aufgearbeitet. Die nachfolgende Tabelle zeigt die jeweils eingesetzten Mengen an Katalysator und Abstopper (jeweils in Gew.-% bezogen auf die Menge an eingesetztem Ausgangsisocyanat), Reaktionszeiten sowie Kenndaten der nach Diinnschichtdestillation erhaltenen Harze.According to that described in Example 6 500 g of 4,4'-diisocyanato-3,3'-dimethyldicyclohexylmethane (Example 7) and TMXDI (Example 8) at 30 ° C oligomerized in the presence of catalyst 6. The reaction mixtures were each with equimolar Amount of dibutyl phosphate stopped and then by thin film distillation worked up. The following table shows the used ones Amounts of catalyst and stoppers (each in% by weight based on the amount of starting isocyanate used), reaction times and Characteristics of the resins obtained after thin film distillation.

Figure 00240001
Figure 00240001

Beispiel 9Example 9

100 g Cyclohexylisocyanat wurden bei Raumtemperatur unter trockenem Stickstoff mit 1 Gew.-% Katalysator 6 versetzt. Nach 24 h bei Raumtemperatur war der NCO-Gehalt von anfänglich 33,6 Gew.-% auf 29,9 Gew.-%, entsprechend einem Oligome risierungsgrad von 10,1 %, abgesunken. Laut IR-Spektrum hatten sich auschließlich Uretdionstrukturen (Bande bei 1760,7 cm–1) gebildet, Isocyanuratstrukturen waren nicht nachweisbar.100 g of cyclohexyl isocyanate were mixed with 1% by weight of catalyst 6 at room temperature under dry nitrogen. After 24 hours at room temperature, the NCO content had dropped from an initial 33.6% by weight to 29.9% by weight, corresponding to an oligomerization rate of 10.1%. According to the IR spectrum, only uretdione structures (band at 1760.7 cm -1 ) had formed; isocyanurate structures were not detectable.

Beispiel 10Example 10

100 g tert.-Butylisocyanat wurden bei Raumtemperatur unter trockenem Stickstoff mit 1 Gew.-% Katalysator 6 versetzt. Nach 24 h bei Raumtemperatur war der NCO-Gehalt von anfänglich 42,0 Gew.-% auf 35,7 Gew.-%, entsprechend einem Oligomerisierungsgrad von 15,0 %, abgesunken. Laut IR-Spektrum hatten sich auschließlich Uretdionstrukturen (Bande bei 1763,5 cm–1) gebildet, Isocyanuratstrukturen sind nicht nachweisbar.100 g of tert-butyl isocyanate were at room temperature under dry nitrogen with 1 wt .-% catalyst 6 added. After 24 h at room temperature, the NCO content had dropped from an initial 42.0% by weight to 35.7% by weight, corresponding to a degree of oligomerization of 15.0%. According to the IR spectrum, only uretdione structures (band at 1763.5 cm –1 ) had formed; isocyanurate structures were not detectable.

Claims (11)

Uretdiongruppen aufweisende Verbindungen mit einen molaren Anteil an Isocyanuratstrukturen, bezogen auf die Summe an Uretdion- und Isocyanuratgruppen, von maximal 10 %, erhältlich durch Dimerisierung aliphatischer und/oder cycloaliphatischer Isocyanate mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen.Compounds containing uretdione groups a molar proportion of isocyanurate structures, based on the sum of uretdione and isocyanurate groups, of a maximum of 10%, obtainable from Dimerization of aliphatic and / or cycloaliphatic isocyanates with exclusively secondary and / or tertiary bound isocyanate groups. Verbindungen gemäß Anspruch 1, die durch Dimerisierung aliphatischer und/oder cycloaliphatischer Diisocyanate mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen erhältlich sind.Compounds according to claim 1, by dimerization aliphatic and / or cycloaliphatic Diisocyanates with only secondary and / or tertiary bound isocyanate groups available are. Verbindungen gemäß Anspruch 2, die durch Dimerisierung von 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan erhältlich sind.Compounds according to claim 2, which are obtainable by dimerization of 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane. Verfahren zur Dimerisierung von Verbindungen mit ausschließlich sekundär und/oder tertiär gebundenen Isocyanatgruppen in Gegenwart von salzartigen Oligomerisierungskatalysatoren, die im Anion 1,2,3- und/oder 1,2,4-Triazolatstrukturen enthalten.Process for the dimerization of compounds with exclusively secondary and / or tertiary-bound isocyanate groups in the presence of salt-like oligomerization catalysts which contain 1,2,3- and / or contain 1,2,4-triazolate structures. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Oligomerisierungskatalysatoren salzartige Verbindungen einsetzt, die im Anion Triazolatstrukturen der allgemeinen Formeln (I) und/oder (II)
Figure 00260001
enthalten, in welchen R1, R2, R3 und R4 für gleiche oder verschiedenen Reste stehen und jeweils ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom aus der Reihe Fluor, Chlor oder Brom oder eine Nitrogruppe, einen gesättigten oder ungesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest, der bis zu 20 Kohlenstoffatome und gegebenenfalls bis zu 3 Heteroatome aus der Reihe Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff enthalten und gegebenenfalls durch Halogenatome oder Nitrogruppen substituiert sein kann, bedeuten, wobei R3 und R4 auch gemeinsam mit den Kohlenstoffatomen des 1,2,3-Triazolatfünfringes anellierte Ringe mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen bilden können.
A method according to claim 4, characterized in that salt-like compounds are used as oligomerization catalysts, the triazolate structures of the general formulas (I) and / or (II) in the anion
Figure 00260001
contain, in which R 1 , R 2 , R 3 and R 4 stand for identical or different radicals and each have a hydrogen atom, a halogen atom from the series fluorine, chlorine or bromine or a nitro group, a saturated or unsaturated aliphatic or cycloaliphatic, one optionally Substituted aromatic or araliphatic radical which contain up to 20 carbon atoms and optionally up to 3 heteroatoms from the series oxygen, sulfur, nitrogen and can optionally be substituted by halogen atoms or nitro groups, where R 3 and R 4 together with the carbon atoms of the 1,2,3-triazolate five-membered rings can form fused rings with 3 to 6 carbon atoms.
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem als Oligomerisierungskatalysatoren salzartige Verbindungen eingesetzt werden, die im Anion Triazolatstrukturen der allgemeinen Formel (I) enthalten, in welcher R1 und R2 für gleiche oder verschiedenene Reste stehen und jeweils ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom aus der Reihe Fluor, Chlor oder Brom oder eine Nitrogruppe, einen gesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest, der bis zu 12 Kohlenstoffatome und gegebenenfalls bis zu 3 Heteroatome aus der Reihe Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff enthalten und gegebenenfalls durch Halogenatome oder Nitrogruppen substituiert sein kann, bedeuten.Process according to Claim 5, in which salt-like compounds are used as oligomerization catalysts which contain triazolate structures of the general formula (I) in the anion, in which R 1 and R 2 stand for identical or different radicals and each have a hydrogen atom, a halogen atom from the fluorine series , Chlorine or bromine or a nitro group, a saturated aliphatic or cycloaliphatic, an optionally substituted aromatic or araliphatic radical which contain up to 12 carbon atoms and optionally up to 3 heteroatoms from the series oxygen, sulfur, nitrogen and are optionally substituted by halogen atoms or nitro groups can mean. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem als Oligomerisierungskatalysatoren salzartige Verbindungen eingesetzt werden, die im Anion Triazolatstrukturen der allgemeinen Formel (II) enthalten, in welcher R3 und R4 für gleiche oder verschiedenene Reste stehen und jeweils ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom aus der Reihe Fluor, Chlor oder Brom oder eine Nitrogruppe, einen gesättigten oder ungesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest, der bis zu 12 Kohlenstoffatome und gegebenenfalls bis zu 3 Heteroatome aus der Reihe Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff enthalten und gegebenenfalls durch Halogenatome oder Nitrogruppen substituiert sein kann, bedeuten, oder gemeinsam mit den Kohlenstoffatomen des 1,2,3-Triazolatfünfringes anellierte Ringe mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen bilden.A process according to claim 5, in which the oligomerization catalysts used are salt-like compounds which contain triazolate structures of the general formula (II) in the anion, in which R 3 and R 4 stand for identical or different radicals and each have a hydrogen atom, a halogen atom from the fluorine series , Chlorine or bromine or a nitro group, a saturated or unsaturated aliphatic or cycloaliphatic, an optionally substituted aromatic or araliphatic radical which contains up to 12 carbon atoms and optionally up to 3 heteroatoms from the series consisting of oxygen, sulfur, nitrogen and optionally by halogen atoms or nitro groups may be substituted, mean, or together with the carbon atoms of the 1,2,3-triazolate five-membered ring form fused rings having 3 to 6 carbon atoms. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem als Oligomerisierungskatalysatoren Salze des 1,2,4-Triazols, des 1,2,3-Triazols und/oder des 1,2,3-Benztriazols eingesetzt werden.Method according to claim 5, in which salts of 1,2,4-triazole as oligomerization catalysts, 1,2,3-triazole and / or 1,2,3-benzotriazole can be used. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Oligomerisierungskatalysatoren einsetzt, die als Kationen Alkaliionen oder einwertige Ammonium- oder Phosphoniumkationen, der allgemeinen Formel (III)
Figure 00280001
enthalten, in welcher E für Stickstoff oder Phosphor steht und R5, R6, R7 und R8 für gleiche oder verschiedenen Reste stehen und jeweils einen gesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen, einen gegebenenfalls substituierten aromatischen oder araliphatischen Rest mit bis zu 18 Kohlenstoffatome bedeuten.
A method according to claim 4, characterized in that one uses oligomerization catalysts, the alkali ions or monovalent ammonium or phosphonium cations of the general formula (III)
Figure 00280001
contain in which E represents nitrogen or phosphorus and R 5 , R 6 , R 7 and R 8 represent identical or different radicals and each represent a saturated aliphatic or cycloaliphatic, an optionally substituted aromatic or araliphatic radical having up to 18 carbon atoms.
Verwendung der Uretdiongruppen aufweisenden Verbindungen gemäß Anspruch 1 als Ausgangskomponenten bei der Herstellung von Polyurethankunststoffen.Use of the compounds containing uretdione groups according to claim 1 as starting components in the production of polyurethane plastics. Verwendung der Uretdiongruppen aufweisenden Polyisocyanate gemäß Anspruch 1 als Ausgangskomponenten bei der Herstellung von Uretdionpulverlackvernetzern.Use of the polyisocyanates containing uretdione groups according to claim 1 as starting components in the production of uretdione powder coating crosslinkers.
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