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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung eines Mischpolymerisats (A) durch
Reaktion unter radikalischen Bedingungen eines Reaktions-Gemischs,
umfassend mindestens ein radikalisch umsetzbares Monomer (a) sowie
eine Verbindung (I), wie nachstehend definiert, in wäßriger oder
organischer Phase, dieses Mischpolymerisat (A) an sich, ein Verfahren
zur Herstellung eines Polymers unter Verwendung dieses Mischpolymerisats
(A), Polymerdispersionen enthaltend das Polymer.
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Die vorliegende Erfindung liegt auf
dem technischen Gebiet der radikalischen Polymerisation, die Merkmale
aufweist, die typisch für
ein lebendes Polymerisationssystem sind, wobei das erfindungsgemäße Verfahren
prinzipiell in der Lage ist, Mischpolymerisate bzw. Polymere bereit
zu stellen, die eine enge Molekulargewichtsverteilung (Mw/Mn) aufweisen können. Darüber hinaus
können
durch entsprechende Auswahl an Monomeren und ggf. aufeinander folgende
Zugabe von verschiedenen Monomeren sowohl unverzweigte als auch
verzweigte Homo- und Copolymere sowie Blockcopolymere hergestellt
werden. Dabei betrifft die vorliegende Erfindung neben den Polymeren
an sich auch ein in einer ersten Stufe erhaltenes Mischpolymerisat.
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Seit einigen Jahren besteht ein starkes
Interesse an Verfahren bzw. Verfahrenskonzepten, die sich zur Herstellung
einer Vielzahl von Polymeren eignen und es ermöglichen, derartige Polymere
mit vorbestimmter Struktur, Molekulargewicht und Molekulargewichtsverteilung
bereit zu stellen.
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Verfahren zur Herstellung von DPE(Diphenylethylen)-haltigen
Copolymerisaten sind beispielsweise aus der
DE-A-198 58 708 bekannt.
Ebenso ist der Einsatz solcher DPE-Copolymerisate in Beschichtungsmitteln
aus der
DE-A-198 60
011 und
DE-A-199
09 752 bekannt.
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Über
diese für
Beschichtungsmittel hervorragend geeigneten Copolymerisate hinaus
ist ein Bedürtnis
nach Polymerisaten vorhanden, welche die Vorteile oben genannter
DPE-Copolymerisate mit Eigenschaften anderer Polymerisate vereinigen.
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Ferner lag die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, ein neues Verfahren zur Herstellung eines ebenfalls
u. a. als Makroinitiator verwendbaren Mischpolymerisats bereit zu
stellen, das zum einen selbst als Emulgator oder Dispergator anwendbar
ist und mit dessen Hilfe auch weitere radikalisch homo- oder copolymerisierbare
Monomere umgesetzt werden können,
um zu weiteren, gegebenenfalls anders zusammengesetzten Polymeren
zu gelangen. Ferner lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine gezielte Einstellung von Eigenschaften von Polymeren und dadurch
eine vielseitige Einsatzmöglichkeit
solcher Polymere, die erhältlich
sind durch einfache radikalische Polymerisation, zu ermöglichen,
insbesondere durch Herstellung von Blockstrukturen mittels radikalischer
Polymerisation bereitzustellen.
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Ein Lösungsansatz ist, sogenannte „Hybridpolymerisate" herzustellen, bei
welchen Mischungen unterschiedlicher Polymerisate vorliegen, bei
denen die unterschiedlichen Polymerisate zumindest teilweise kovalent
verknüpft
sind.
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Für
DPE-Copolymerisat-haltige Hybridpolymerisate werden diese und weitere
Aufgaben durch das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung von Mischpolymerisaten olefinisch ungesättigter
Monomere (a), das die folgende Stufe (i) umfasst:
(i) Reaktion
unter radikalischen Bedingungen in wäßriger oder organischer Phase
eines Reaktions-Gemischs, umfassend mindestens ein radikalisch umsetzbares
Monomer (a) sowie eine Verbindung (I), der Formel
wobei R
1 bis
R
9 jeweils unabhängig voneinander aus der Gruppe,
bestehend aus Atomen, ausgewählt
aus der Gruppe H, F, Cl, Br, I, und einbindigen niedermolekularen,
oligomeren und polymeren funktionellen Gruppen ausgewählt sind,
ausgenommen funktionelle Gruppen, die durch radikalische (Co)Polymerisation
unpolymerisierter olefinisch ungesättigter Monomere (a) erhalten
werden, und
wobei n1, n2 und n7 jeweils unabhängig voneinander zwischen
1 und 5 liegen,
gelöst.
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Ferner betrifft die Erfindung ein
Mischpolymerisat (A), das mittels eines Verfahrens umfassend die
folgende Stufe (i) herstellbar ist:
(i) Reaktion unter radikalischen
Bedingungen in wäßriger oder
organischer Phase eines Reaktions-Gemischs, umfassend mindestens
ein radikalisch umsetzbares Monomer (a) sowie eine Verbindung (I), der
Formel
wobei R
1 bis
R
9 jeweils unabhängig voneinander aus der Gruppe,
bestehend aus Atomen, ausgewählt
aus der Gruppe H, F, Cl, Br, I, und einbindigen niedermolekularen,
oligomeren und polymeren funktionellen Gruppen ausgewählt sind,
ausgenommen funktionelle Gruppen, die durch radikalische (Co)Polymerisation
unpolymerisierter olefinisch ungesättigter Monomere (a) erhalten
werden, und
wobei n1, n2 und n7 jeweils unabhängig voneinander zwischen
1 und 5 liegen.
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Im Rahmen des obigen erfindungsgemäßen Verfahrens
können
alle radikalisch umsetzbaren, Monomere als Monomer (a) eingesetzt
werden. Vorzugsweise werden als Monomer (a) solche radikalisch homo-
oder copolymerisierbaren Verbindungen eingesetzt, die eine hydrophile
Gruppe, wie z.B. eine Carboxylgruppe umfassen. Weiter bevorzugt
handelt es sich bei den Monomeren (a) um hydrophile, radikalisch
homo- oder copolymerisierbare Monomere, d.h. um Monomere, deren
Löslichkeit
in Wasser höher
als die von Styrol ist, wenn das Verfahren in Wasser durchgeführt wird.
Selbstverständlich
können auch
Gemische verschiedener hydrophi ler Monomere, sowie Gemische aus
mindestens einem hydrophilen Monomer und mindestens einem hydrophoben Monomer
im Reaktionsgemisch gemäß Stufe
(i) vorhanden sein.
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Im einzelnen sind als Monomere (a)
beispielhaft zu nennen:
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
Propylmethacrylat (alle Isomere), Butylmethacrylat (alle Isomere),
2-Ethylhexylmethacrylat, Isobornylmethacrylat, Methacrylsäure, Benzylmethacrylat,
Phenylmethacrylat, Methacrylnitril, alpha-Methylstyrol, Methylacrylat,
Ethylacrylat, Propylacrylat (alle Isomere), Butylacrylat (alle Isomere),
2-Ethylhexylacrylat, Isobornylacrylat, Acrylsäure, Benzylacrylat, Phenylacrylat,
Acrylnitril, Styrol, funktionalisierte Methacrylate; Acrylsäuren und
Styrole, ausgewählt
unter Glycidylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat
(alle Isomere), Hydroxybutylmethacrylat (alle Isomere), Diethylaminoethylmethacrylat,
Triethylenglycolmethacrylat, Itaconanhydrid, Itaconsäure, Glycidylacrylat,
2-Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat (alle Isomere), Hydroxybutylacrylat
(alle Isomere), Diethylaminoethylacrylat, Triethylenglycolacrylat,
Methacrylamid, N-tert.-Butylmethacrylamid,
N-n-Butylmethacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, N-Ethylolmethacrylamid,
N-tert-Butylacrylamid, N-Butylacrylamid,
N-Methylolacrylamid, N-Ethylolacrylamid, Vinylbenzoesäure (alle
Isomere), Diethylaminostyrol (alle Isomere), alpha-Methylvinylbenzoesäure (alle
Isomere), Diethylamino-alphamethylstyrol (alle Isomere), para-methylstyrol,
p-Vinylbenzolsulfonsäure,
Trimethoxysilylpropylmethacrylat, Triethoxysilylpropylmethacrylat,
Tributoxysilylpropylmethacrylat, Diethoxymethylsilylpropylmethacrylat,
Dibutoxymethylsilylpropylmethacrylat, Düsopropoxymethylsilylpropylmethacrylat,
Dimethoxysilylpropylmethacrylat, Diethoxysilylpropylmethacrylat,
Dibutoxysilyl propylmethacrylat, Diisopropoxysilylpropylmethacrylat,
Trimethoxysilylpropylacrylat, Triethoxysilylpropylacrylat, Tributoxysilylpropylacrylat,
Dimethoxymethylsilyl-propylacrylat, Diethoxymethylsilylpropylacrylat, Dibutoxymethylsilyl-propylacrylat,
Diisopropoxymethylsilylpropylacrylat, Dimethoxysilyl-propylacrylat, Diethoxysilylpropylacrylat,
Dibutoxysilylpropyl-acrylat, Diisopropoxysilylpropylacrylat, Vinylacetat
und Vinylbutyrat, Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylbromid, sowie
Gemische vorstehend genannter Monomere.
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Vorzugsweise finden als ein erstes
Monomer (a') Acryl-
oder Methacrylsäure,
ein C1- bis C4-Alkyl- oder
-Hydroxyalkylacrylat oder -methacrylat, Vinylacetat, ein substituiertes
oder unsubstituiertes Vinylpyrrolidon, ein Gemisch aus zwei oder
mehr davon, oder ein Gemisch aus diesem ersten Monomer (a') mit mindestens
einem weiteren radikalisch homo- oder copolymerisierbaren Monomer
(a) Verwendung.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß bei der
Herstellung des Mischpolymerisats (A) eine Verbindung (I) der Formel
verwendet, wobei R
1 bis R
9 jeweils
unabhängig
voneinander aus der Gruppe, bestehend aus Atomen, ausgewählt aus
der Gruppe H, F, Cl, Br, I, und einbindigen niedermolekularen, oligomeren
und polymeren funktionellen Gruppen ausgewählt sind, ausgenommen funktionelle
Gruppen, die durch radikalische (Co)Polymerisation unpolymerisierter
olefinisch ungesättigter
Monomere (a) erhalten werden, und wobei n1, n2 und n7 jeweils unabhängig voneinander zwischen
1 und 5 liegen.
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Auch hier sind prinzipiell alle Verbindungen der
Formel I erfindungsgemäß einsetzbar,
so daß für die Reste
R1 bis R9 prinzipiell
alle möglichen
organischen und anorganischen Reste in Frage kommen.
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So kommen neben Wasserstoff auch
Halogenide als Reste in Betracht.
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Daneben können die Reste R1 bis
R9 einbindige niedermolekulare, oligomere
und polymere funktionelle Gruppen sein. Von diesen kommen prinzipiell
alle möglichen
in Betracht, von denen der Fachmann weiß, dass sie die Reaktion nicht
stören. Im
Einzelnen sind als niedermolekulare oligomere funktionelle Gruppen
zu nennen:
Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkylcycloalkyl-, Cycloalkylalkyl-, Aryl-,
Alkylaryl-, Cycloalkylaryl- Arylalkyl- oder Arylcycloalkylreste,
aromatische oder heteroaromatische Kohlenwasserstoffreste, Amine,
Hydroxide, Thioether, Thiole, Amide, Alkohole, Alkoholate, Ether,
Carbonsäuren,
Carbonsäureester,
Cyanide, Halogenide, Sulfate, Sulfonsäuren, Sulfonsäureester,
Nitrate, Rhodanate, Carbonyle, Phosphate, Phosphorsäureester.
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Die vorgenannten Gruppen können in
unsubstituierter oder (mehrfach)substituierter Form entweder als
aliphatische, ungesättigte
oder teilweise gesättigte
oder aromatische Reste vorliegen. Sie können ferner kein oder mindestens
ein Heteroatom in der Kette und/oder im Ring enthalten, in linearer oder
verzweigter Form und selbstverständlich
mehrfach inner halb der niedermolekularen oligomeren funktionellen
Gruppe selbst vorkommen, wie dies z. B. bei Polyaminen, Polycarbonsäuren oder
Polyether usw. der Fall ist. Auch Gemische vorstehend genannter
funktionaler Gruppen sind möglich.
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Beispiele geeigneter Alkylreste sind
Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, iso-Butyl, tert.-Butyl, Amyl,
Hexyl, Heptyl, Octyl, 2-Ethylhexyl, Isooctyl, Nonyl, Decyl, Undecyl,
Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl,
Octadecyl, Nonadecyl oder Eicosanyl.
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Beispiele geeigneter Cycloalkylreste
sind Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl,
Bicyclo[2.2.1]heptyl, Bicyclo[3.2.1]octyl oder Tricyclodecyl.
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Beispiele geeigneter Alkylcycloalkylreste sind
Methylencyclohexan, Ethylencyclohexan oder Propan-1,3-diyl-cyclohexan.
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Beispiele geeigneter Cycloalkylalkylreste sind
2-, 3- oder 4-Methyl-, -Ethyl, -Propyl- oder -Butylcyclohex-1-yl.
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Beispiele geeigneter Arylreste sind
Phenyl, Naphthyl oder Biphenylyl.
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Beispiele geeigneter Alkylarylreste
sind Benzyl-, Ethylen- oder Propan-1,3-diyl-benzol.
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Beispiele geeigneter Cycloalkylarylreste
sind 2-, 3-, oder 4-Phenylcyclohex-1-yl.
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Beispiele geeigneter Arylalkylreste
sind 2-, 3- oder 4-Methyl-, -Ethyl-, -Propyl- oder -Butylphen-1-yl.
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Beispiele geeigneter Arylcycloalkylreste
sind 2-, 3- oder 4-Cyclohexylphen-1-yl.
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Beispiele geeigneter Substituenten
sind Nitrigruppen, Nitrogruppen, partiell oder vollständig halogenierte,
insbesondere chlorierte und/oder fluorierte, Alkyl-, Cycloalkyl-,
Alkylcycloalkyl-, Cycloalkylalkyl-, Aryl-, Alkylaryl-, Cycloalkylaryl-
Arylalkyl- und Arylcycloalkylreste, inclusive der vorstehend beispielhaft
genannten, insbesondere tert.-Butyl; Aryloxy-, Alkyloxy- und Cycloalkyloxyreste,
insbesondere Phenoxy, Naphthoxy, Methoxy, Ethoxy, Propxy, Butyloxy
oder Cyclohexyloxy; Arylthio-, Alkylthio- und Cycloalkylthioreste,
insbesondere Phenylthio, Naphthylthio, Methylthio, Ethylthio, Propylthio,
Butylthio oder Cyclohexylthio; Hydroxylgruppen; und/oder primäre, sekundäre und/oder
tertiäre
Aminogruppen, insbesondere Amino, N-Methylamino, N-Ethylamino, N-Propylamino,
N-Phenylamino, N-Cyclohexylamino,
N,N-Dimethylamino, N,N-Diethylamino, N,N-Dipropylamino, N,N-Diphenylamino,
N,N-Dicyclohexylamino, N-Cyclohexyl-N-methylamino
oder N-Ethyl-N-methylamino.
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Beispiele geeigneter Heteroatome
sind Sauerstoff -, Stickstoff -, Bor -, Silizium-, Schwefel- oder Phosphoratome.
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Beispiele geeigneter Aromaten sind
Benzol und Naphthalin.
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Beispiele geeigneter Heteroaromaten
sind Thiophen, Pyridin oder Triazin.
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Beispiele geeigneter Amine, Hydroxide,
Thioether, Thiole, Amide, Alkohole, Alkoholate, Ether, Carbonsäuren, Carbonsäureester,
Cyanide, Halogenide, Sulfate, Sulfonsäuren, Sulfonsäureester,
Nitrate, Rhodanate, Carbonyle, Phosphate, Phosphorsäureester
ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen.
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Als polymere funktionelle Gruppen
kommen prinzipiell alle möglichen
in Betracht, ausgenommen funktionelle Gruppen, die durch radikalische
(Co)Polymerisation unpolymerisierter olefinisch ungesättigter
Monomere (a) erhalten werden.
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Zu den einsetzbaren Polymeren gehören lineare
und/oder verzweigte und/oder blockartig, kammartig und/oder statistisch
aufgebaute Gruppen, die sich von durch Polykondensation und/oder
Polyaddition hergestellten Polymeren ableiten, insbesondere von
Cellulose, Alkyd-, Polyester-, Polyurethan-, Epoxid- und Polyisocynat-Harzen,
Siliconen, Aminoplastharzen, Epoxidharz-Amin-Addukten, Polylactonen, Polycarbonaten,
Polyether, Polyharnstoffen und Polyphenolen. Auch können die
Polymere die obengenannten oligomeren funktionellen Gruppen enthalten.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Cellulosederivate
sind erhältlich
z. B. durch Veresterung mit organischen oder anorganischen Säuren zu
Celluloseestern oder durch Reaktion mit Alkyl- oder Arylhalogeniden
zu Celluloseethern. Einsetzbar sind auch Cellulosenitrate, die durch
Behandlung mit Nitriersäure
erhältlich
sind.
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Beispiele geeigneter Celluloseester
sind Celluloseacetate, Cellulosepropionate, Cellulosebutyrate, Celluloseacetobutyrate
und Celluloseacetopropionate sowie Gemische vorstehend genannter
Ester.
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Ergänzend wird auf das Buch „Paints,
Coatings and Solvents",
second completely revised edition, Edit. D. Stoye und W. Freitag,
Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, Seiten 12 bis 19 verwiesen.
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Die Herstellung erfindungsgemäß einsetzbarer
Alkydharze weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern
erfolgt nach den üblichen
und bekannten Methoden der Herstellung von Alkydharzen aus gesättigten und
ungesättigten,
linearen und verzweigten, kurzkettigen und langkettigen Alkylmonocarbonsäuren (Öle, Fettsäuren), aromatischen,
gegebenenfalls alkylsubstituierten Monocarbonsäuren, aliphatischen und aromatischen
Dicarbonsäuren
und – sofern
existent – deren
Anhydriden, Hydroxycarbonsäuren,
Diolen und höherfunktionellen
Polyolen, und Verbindungen, durch die Allyloxygruppen eingeführt werden.
Darüber
hinaus können
höherfunktionelle
aromatische Carbonsäuren
wie Pyromellithsäure,
Hemimellithsäure
und/oder Mellithsäure
und/oder deren Anhydride, Addukte von üblichen und bekannten Polyisocyanaten
mit Verbindungen, die isocyanatreaktive funktionelle Gruppen wie
Hydroxylgruppen und/oder Aminogruppen enthalten, Abietinsäure, Kollophonium,
Epoxide, und/oder epoxidierte Fettsäuren als zusätzliche
Ausgangsprodukte verwendet werden.
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Beispiele geeigneter Alkylmonocarbonsäuren sind
beispielsweise in natürlichen Ölen wie
Leinöl,
Sojaöl,
Tallöl,
Saffloröl,
Baumwollsaatöl,
Ricinusöl, Sonnenblumenöl, Erdnußöl, Holzöl oder Ricinenöl enthalten.
Die daraus gewonnen Fettsäuren
sind Leinöl-,
Sojaöl-,
Tallöl-,
Saffloröl-,
Baumwollsaatöl-, Ricinusöl-, Sonnenblumenöl-, Erdnußöl-, Holzöl- oder
Ricinenölfettsäure. Außerdem kommen
Isononansäure,
2-Ethylhexansäure,
Kokosfettsäure,
Stearinsäure
und/oder Juvandolefettsäure
in Betracht.
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Beispiele geeigneter aromatischer
Monocarbonsäuren
sind Benzoesäure
oder p-tert.- Butylbenzoesäure.
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Beispiele geeigneter Dicarbonsäuren sind Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Phthalsäure-, Isophthalsäure- oder
Terephthalsäuremonosulfonat,
Halogenphthalsäuren
wie Tetrachlor- oder Tetrabromphthalsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecandicarbonsäure, Dodecandicarbonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, 1,2-Cyclobutandicarbonsäure, 1,3-Cyclobutandicarbonsäure, 1,2-Cyclopentandicarbonsäure, 1,3-Cyclopentandicarbonsäure, Hexahydrophthalsäure, 1,3-Cyclohexandicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, 4-Methylhexahydrophthalsäure, Tricyclodecandicarbonsäure, Tetrahydrophthalsäure oder
4-Methyltetrahydrophthalsäure.
Die cycloaliphatischen Dicarbonsäuren können sowohl
in ihrer cis- als auch in ihrer trans-Form sowie als Gemisch beider Formen
eingesetzt werden.
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Beispiele geeigneter Hydroxycarbonsäuren sind
2-, 3-, 4-Hydroxybenzoesäure,
Rizinolsäure,
Dihydroxypropionsäure,
Dihydroxybernsteinsäure,
Dihydroxybenzoesäure,
2,2-Dimethylolessigsäure, 2,2-Dimethylolpropionsäure, 2,2-Dimethylolbuttersäure und
2,2-Dimenthylolpentansäure.
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Beispiele weiterer geeigneter Carbonsäuren und
geeigneter Diole sind die unten bei den Polyestern beschriebenen.
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Beispiele geeigneter Polyole sind
Triole wie Trimethylolethan, Trimethylolpropan oder Glycerin, insbesondere
Trimethylolpropan, Tetrole wie Pentaerythrit oder Homopentaerythrit
oder Zuckeralkohole wie Threit oder Erythrit oder Pentite wie Arabit,
Adonit oder Xylit oder Hexite wie Sorbit, Mannit oder Dulcit sowie
die unten beschriebenen Polyole.
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Ergänzend wird auf Römpp Lexikon
Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 20 bis
22, "Alkydharze", und das Buch "Paints, Coatings
and Solvents", second
completely revised edition, Edit. D. Stoye und W. Freitag, Wiley-VCH,
Weinheim, New York, 1998, Seiten 41 ff., verwiesen.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyester
sind erhältlich
durch Umsetzung von Polycarbonsäuren,
Polyolen sowie gegebenenfalls Monocarbonsäuren.
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Beispiele geeigneter Polycarbonsäuren sind aromatische
Polycarbonsäuren
wie Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Trimellithsäure oder Pyromellithsäure sowie
ihre kernsubstituierten Alkylderivate; cycloaliphatische Polycarbonsäuren wie
Tetrahydrophthalsäure,
1,2-Cyclobutandicarbonsäure, 1,3-Cyclobutandicarbonsäure, 1,2-Cyclopentandicarbonsäure, 1,3-Cyclopentandicarbonsäure, Hexahydrophthalsäure, 1,3-Cyclohexandicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, 4-Methylhexahydrophthalsäure oder
Tricyclodecan-Dicarbonsäure,
welche sowohl in ihrer cis- als auch in ihrer trans-Form sowie als
Gemisch beider Formen eingesetzt werden können; oder acyclische Polycarbonsäuren wie
Oxalsäure,
Malonsäure,
Bernsteinsäure,
Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecandicarbonsäure oder
Dodecandicarbonsäure,
Maleinsäure,
Fumarsäure,
Itaconsäure,
Citraconsäure
oder Dimerfettsäuren.
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Erfindungsgemäß geeignet sind auch die veresterungsfähigen Derivate
der obengenannten Polycarbonsäuren,
wie z.B. deren ein- oder mehrwertige Ester mit aliphatischen Alkoholen
mit 1 bis 4-C-Atomen oder Hydroxyalkoholen mit 1 bis 4 C-Atomen.
Außerdem
können
auch die Anhydride der obengenannten Polycarbonsäuren eingesetzt werden, sofern
sie existieren.
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Beispiele geeigneter Polyole sind
Diole wie Ethylenglykol, 1,2- oder 1,3-Propandiol, Methylpropan-1,3-diol, Etheroligomere
des Etylenglykols und Propylenglykols wie Diethylenglykol oder Dipropylenglykol„ 1,2-,
1,3- oder 1,4-Butandiol, 1,2-, 1,3-, 1,4- oder 1,5-Pentandiol, 1,2-,
1,3-, 1,4-, 1,5- oder
1,6-Hexandiol, Hydroxypivalinsäureneopentylester,
Neopentylglykol, 1,2-, 1,3- oder 1,4-Cyclohexandiol, 1,2-, 1,3-
oder 1,4-Cyclohexandimethanol,
Tricyclodecandimethanol (TCD), Trimethylpentandiol, Ethylbutylpropandiol,
Octandiole, Nonandiole, 2-Butyl-2-ethylpropandiol-1,3, 2-Butyl-2-methylpropandiol-1,3, 2-Phenyl-2-methylpropan-diol-1,3,
2-Propyl-2-ethylpropandiol-1,3, 2-Di-tert.-butylpropandiol-1,3,
2-Butyl-2-propylpropandiol-1,3, 1-Dihydroxymethyl-bicyclo[2.2.1]heptan,
2,2-Diethylpropandiol-1,3, 2,2-Dipropylpropandiol-1,3 2-Cyclo-hexyl-2-methyl-propandiol-1,3,
2,5-Dimethylhexandiol-2,5, 2,5-Diethylhexandiol-2,5, 2-Ethyl-5-methylhexandiol-2,5,
2,4-Dimethylpentandiol-2,4, 2,3-Dimethylbutandiol-2,3, 1,4-(2'-Hydroxypropyl)-benzol,
1,3-(2'-Hydroxypropyl)-benzol
oder Dimerdiole aus Dimertettsäuren; oder
Triole wie Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Trishydroxyethylisocyanurat
oder Pentaerythrit.
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Hierbei werden die Diole und die
Triolen in einem molaren Verhältnis
angewandt, daß der
gewünschte
Verzweigungsgrad resultiert.
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Beispiele geeigneter, gegebenenfalls
angewandter Monocarbonsäuren
sind 2-Ethylhexansäure, 3,3,5-Trimethylhexansäure, Pelargonsäure, Fettsäuren aus
Kokosefett, Fettsäuren
natürlicher Öle, Harzsäuren, Benzoesäure, p-tert.-Butylbenzoesäure.
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Die Herstellung des Polyesters erfolgt
nach den bekannten Methoden der Veresterung, wie dies beispielsweise
in der
DE-A-40 24 204 ,
Seite 4, Zeilen 50 bis 65, beschrieben ist. Die Umsetzung erfolgt
dabei üblicherweise
bei Temperaturen zwischen 180 und 280°C, gegebenenfalls in Gegenwart
eines geeigneten Veresterungskatalysators, wie z.B. Lithiumoctoat,
Dibutylzinnoxid, Dibutylzinndilaurat oder para-Toluolsulfonsäure.
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Üblicherweise
wird die Herstellung des Polyesters in Gegenwart geringer Mengen
eines geeigneten Lösemittels
als Schleppmittel durchgeführt.
Als Schleppmittel werden z. B. aromatische Kohlenwasserstoffe, wie
insbesondere Xylol und (cyclo)aliphatische Kohlenwasserstoffe, z.
B. Cyclohexan oder Methylcyclohexan, eingesetzt.
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Als Polyisocyanate kommen grundsätzlich alle
der üblichen
und bekannten, auf dem Lackgebiet verwendeten aliphatischen, cycloaliphatischen,
aliphatisch-cycloaliphatischen, aromatischen, aliphatisch-aromatischen
und/oder cycloaliphatisch-aromatischen Polyisocyanate und Polyisocyanataddukte
in Betracht, welche auch als Lackpolyisocyanate bezeichnet werden.
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Beispiele geeigneter Polyisocyanate
sind Isophorondiisocyanat (= 5-Isocyanato-1-isocyanatomethyl-1,3,3-trimethyl-cyclohexan),
5-Isocyanato-1-(2-isocyanatoeth-1-yl)-1,3,3-trimethyl-cyclohexan,
5-Isocyanato-1-(3-isocyanatoprop-1-yl)-1,3,3-trimethyl-cyclohexan,
5-Isocyanato-(4-isocyanatobut-1-yl)-1,3,3-trimethyl-cyclohexan,
1-Isocyanato-2-(3-isocyanatoprop-1-yl)-cyclohexan,
1-Isocyanato-2-(3-isocyanatoeth-1-yl)cyclohexan, 1-Isocyanato-2-(4-isocyanatobut-1-yl)-cyclohexan,
1,2-Diisocyanatocyclobutan,
1,3-Diisocyanatocyclobutan, 1,2-Diisocyanatocyclopentan,
1,3-Diisocyanatocyclopentan, 1,2-Diisocyanatocyclohexan,
1,3-Diisocyanatocyclohexan, 1,4- Diisocyanatocyclohexan, Dicyclohexylmethan-2,4'-diisocyanat, Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat, flüssiges Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat eines trans/trans-Gehalts
von bis zu 30 Gew.-%, vorzugsweise 25 Gew.-% und insbesondere 20
Gew.-%, das durch Phosgenierung von Isomerengemischen des Bis(4-aminocyclohexyl)methans
oder durch fraktionierte Kristallisation von handelsüblichem
Bis(4-isocyanatocyclohexyl)methan gemäß den Patentschriften
DE-A-44 14 032 ,
GB-A-1220717 ,
DE-A-16 18 795 oder
DE-A-17 93 785 erhältlich ist;
Trimethylendiisocyanat, Tetramethylendiisocyanat, Pentamethylendiisocyanat,
Hexamethylendiisocyanat, Ethylethylendiisocyanat, Trimethylhexandiisocyanat,
Heptamethylendiisocyanat oder Diisocyanate, abgeleitet von Dimerfettsäuren, wie
sie unter der Handelsbezeichnung DDI 1410 von der Firma Henkel vertrieben und
in den Patentschriften WO 97/49745 und WO 97/49747 beschrieben wer den,
insbesondere 2-Heptyl-3,4-bis(9-isocyanatononyl)-1-pentylcyclohexan, 1,2-,
1,4- oder 1,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, 1,2-, 1,4- oder 1,3-Bis(2-isocyanatoeth-1-yl)cyclohexan,
1,3-Bis(3-isocyanatoprop-1-yl)cyclohexan
oder 1,2-, 1,4- oder 1,3-Bis(4-isocyanatobut-1-yl)cyclohexan,
m-Tetramethylxylylendiisocyanat (= 1,3-Bis-(2-isocyanatoprop-2-yl)-benzol
oder Toluylendiisocyanat.
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Beispiele geeigneter Polyisocyanataddukte sind
isocyanatgruppenhaltige Polyurethanpräpolymere, die durch Reaktion
von Polyolen mit einem Überschuß an Polyisocyanaten
hergestellt werden können
und bevorzugt niederviskos sind. Es können auch Isocyanurat-, Biuret-,
Allophanat-, Iminooxadiazindion-, Urethan-, Harnstoff- Carbodiimid
und/oder Uretdiongruppen aufweisende Polyisocyanate verwendet werden.
Urethangruppen aufweisende Polyisocyanate werden beispielsweise
durch Umsetzung eines Teils der Isocyanatgruppen mit Polyolen, wie z.B.
Trimethylolpropan und Glycerin, erhalten. Vorzugsweise werden die
vorstehend im Detail beschriebenen Polyisocyanate verwendet.
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Ganz besonders bevorzugt werden Gemische
aus Uretdion- und/oder Isocyanuratgruppen und/oder Allophanatgruppen
aufweisenden Polyisocyanataddukten auf Basis von Hexamethylendiisocyanat,
wie sie durch katalytische Oligomerisierung von Hexamethylendiisocyanat
unter Verwendung von geeigneten Katalysatoren entstehen, eingesetzt.
Der Polyisocyanatbestandteil kann im übrigen auch aus beliebigen
Gemischen der beispielhaft genannten freien Polyisocyanate bestehen.
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Beispiele geeigneter Polyisocyanate
auf Basis der vorstehend beschriebenen Diisocyanate sind isocyanatgruppenhaltige
Polyurethanpräpolymere, die
durch Reaktion von Polyolen mit einem Überschuß an mindestens einem der vorstehend
beschriebenen Diisocyanate hergestellt worden sind, und/oder Isocyanurat-,
Biuret-, Allophanat-, Iminooxadiazindion-, Urethan-, Harnstoff-
und/oder Uretdiongruppen enthaltende Polyisocyanate. Bevorzugt werden
Polyisocyanate verwendet, die im statistischen Mittel 2,5 bis 5
Isocyanatgruppen pro Molekül und
Viskositäten
von 100 bis 10.000, vorzugsweise 100 bis 5000 mPas aufweisen. Außerdem können die Polyisocyanate
in üblicher
und bekannter Weise hydrophil oder hydrophob modifiziert sein.
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Ganz besonders bevorzugt werden Gemische
aus Uretdion- und/oder Isocyanuratgruppen und/oder Allophanatgruppen
aufweisenden Polyisocyanaten auf Basis von Hexamethylendiisocyanat, wie
sie durch katalytische Oligomerisierung von Hexamethylendiisocyanat
unter Verwendung von geeigneten Katalysatoren entstehen, eingesetzt.
Der Polyisocyanatbestandteil kann im übrigen auch aus beliebigen
Gemischen der beispielhaft genannten freien Polyisocyanate bestehen.
Beispiele geeigneter Herstellungsverfahren und Polyisocyanate sind
beispielsweise aus dem Patentschriften
CA 2,163,591 A ,
US-A-4,419,513 ,
US 4,454,317 A ,
EP 0 646 608 A ,
US 4,801,675 A ,
EP 0 183 976 A 1 ,
DE 40 15 155 A 1 ,
EP 0 303 150 A 1 ,
EP 0 496 208 A 1 ,
EP 0 524 500 A 1 ,
EP 0 566 037 A 1 ,
US 5,258,482 A 1 ,
US 5,290,902 A 1 ,
EP 0 649 806 A 1 ,
DE 42 29 183 A 1 oder
EP 0 531 820 A 1 bekannt.
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Außerdem kommen die hochviskosen
Polyisocyanate, wie sie in der deutschen Patentanmeldung
DE 198 28 935 A 1 beschrieben
werden, oder die an ihrer Oberfläche
durch Harnstoffbildung und/oder Blockierung desaktivierten Polyisocyanatspartikel
gemäß den europäischen Patentanmeldungen
EP 0 922 720 A 1 ,
EP 1 013 690 A 1 und
EP 1 029 879 A 1 in
Betracht.
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Desweiteren kommen die in der deutschen Patentanmeldung
DE 196 09 617 A 1 beschriebenen Addukte
von Polyisocyanaten mit isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen
enthaltenden Dioxanen, Dioxolanen und Oxa zolidinen, die noch freie
Isocyanatgruppen enthalten, als Polyisocyanate in Betracht.
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Ferner können die Polyisocynate mittels
geeigneter Mittel ganz oder teilweise blockiert sein. Beispiele
geeigneter Blockierungsmittel sind die aus der US-Patentschrift
US-A-4,444,954 bekannten
Blockierungsmittel:
- i) Phenole wie Phenol,
Cresol, Xylenol, Nitrophenol, Chlorophenol, Ethylphenol, t-Butylphenol, Hydroxybenzoesäure, Ester
dieser Säure
oder 2,5- di-tert.-Butyl-4-hydroxytoluol;
- ii) Lactame, wie ε-Caprolactam, δ-Valerolactam, γ-Butyrolactam
oder β-Propiolactam;
- iii) aktive methylenische Verbindungen, wie Diethylmalonat,
Dimethylmalonat, Acetessigsäureethyl-
oder -methylester oder Acetylaceton;
- iv) Alkohole wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol,
n-Butanol, Isobutanol,
t-Butanol, n-Amylalkohol, t-Amylalkohol, Laurylalkohol, Ethylenglykolmonomethylether,
Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether,
Diethylenglykolmonoethylether, Propylenglykolmonomethylether, Methoxymethanol,
Glykolsäure,
Glykolsäureester,
Milchsäure,
Milchsäureester,
Methylolharnstoff, Methylolmelamin, Diacetonalkohol, Ethylenchlorohydrin,
Ethylenbromhydrin, 1,3-Dichloro-2-propanol, 1,4-Cyclohexyldimethanol oder Acetocyanhydrin;
- v) Mercaptane wie Butylmercaptan, Hexylmercaptan, t-Butylmercaptan, t-Dodecylmercaptan, 2-Mercaptobenzothiazol,
Thiophenol, Methylthiophenol oder Ethylthiophenol;
- vi) Säureamide
wie Acetoanilid, Acetoanisidinamid, Acrylamid, Methacrylamid, Essigsäureamid, Stearinsäureamid
oder Benzamid;
- vii) Imide wie Succinimid, Phthalimid oder Maleimid;
- viii) Amine wie Diphenylamin, Phenylnaphthylamin, Xylidin, N-Phenylxylidin, Carbazol,
Anilin, Naphthylamin, Butylamin, Dibutylamin oder Butylphenylamin;
- ix) Imidazole wie Imidazol oder 2-Ethylimidazol;
- x) Harnstoffe wie Harnstoff, Thioharnstoff, Ethylenharnstoff,
Ethylenthioharnstoff oder 1,3-Diphenylharnstoff;
- xi) Carbamate wie N-Phenylcarbamidsäurephenylester oder 2-Oxazolidon;
- xii) Imine wie Ethylenimin;
- xiii) Oxime wie Acetonoxim, Formaldoxim, Acetaldoxim, Acetoxim,
Methylethylketoxim, Diisobutylketoxim, Diacetylmonoxim, Benzophenonoxim oder
Chlorohexanonoxime;
- xiv) Salze der schwefeligen Säure wie Natriumbisulfit oder
Kaliumbisulfit;
- xv) Hydroxamsäureester
wie Benzylmethacrylohydroxamat (BMH) oder Allylmethacrylohydroxamat;
oder
- xvi) substituierte Pyrazole, Ketoxime, Imidazole oder Triazole;
sowie
- xvii) Gemische dieser Blockierungsmittel, insbesondere Dimethylpyrazol
und Triazole, Malonester und Acetessigsäureester oder Dimethylpyrazol
und Succinimid.
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Polyurethane werden hergestellt durch
Reaktion mindestens eines Polyols mit einer Molmasse von 62 bis
400 Dalton und einer Funktionalität von 2 bis 4, mindestens eines
Polyamins und/oder mindestens eines Alkanolamins mit bi- oder mehrfunktionellen
Isocyanaten.
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Beispiele geeigneter Polyole sind
die vorstehend im Detail beschriebenen Polyole.
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Ferner können Polyole für eine Kettenverlängerung
der Polyurethane eingesetzt werden. Geeignete Polyole sind solche
mit bis zu 36 Kohlenstoffatomen je Molekül wie Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol,
1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,2-Butylenglykol, 1,6-Hexandiol,
Trimethylolpropan, Ricinusöl
oder hydriertes Ricinusöl, Di-trimethylolpropanether,
Pentaerythrit, 1,2-Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Bisphenol
A, Bisphenol F, Neopentylglykol, Hydroxypivalinsäure-neopentylglykolester, hydroxyethyliertes
oder hydroxypropyliertes Bisphenol A, hydriertes Bisphenol A oder
deren Mischungen (vgl. Patentschriften
EP-A- 0 339 433 ,
EP-A- 0 436 941 ,
EP-A-0 517 707 ).
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Beispiele geeigneter Polyamine weisen
mindestens zwei primäre
und/oder sekundäre
Aminogruppen auf. Polyamine sind im wesentlichen Alkylenpolyamine
mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise etwa 2 bis 15 Kohlenstoffatomen.
Sie können
Substituenten tragen, die keine mit Isocyanat-Gruppen reaktionsfähige Wasserstoffatome
haben. Beispiele sind Polyamine mit linearer oder verzweigter aliphatischer,
cycloaliphatischer oder aromatischer Struktur und wenigstens zwei
primären Aminogruppen.
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Beispiele geeigneter Polyamine sind
z. B. Hydrazin, Ethylendiamin, Propylendiamin, Methyldiaminopropan,
höhere
Alkandiamine, Diethylentriamin, Dipropylentriamin, m-Xylylendiamin,
p-Xylylendiamin, 4,4'-Diaminodicyclohexan,
4,4'-Diamino-3,3'-Dimethylcyclohexan
oder isomere Oktandiamine.
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Beispiele geeigneter Alkanolamine
sind z.B. Ethanolamin, Methylethanolamin, Di-iso-propylamin, Diethanolamin,
N-Methyldiethanolamin, Hydroxyethoxyethylamin, Polyetheraminole,
Aminomethylpropanol, Trishydroxymethylaminomethan oder Triethanolamin.
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Als Diamine sind zu nennen Hydrazin,
Ethylendiamin, Propylendiamin, 1,4-Butylendiamin, Piperazin, 1,4-Cyclohexyldimethylamin,
Hexamethylendiamin-1 ,6, Trimethylhexamethylendiamin, Methandiamin,
Isophorondiamin, 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan
und Aminoethylenothanolamin. Bevorzugte Diamine sind Hydrazin, Alkyl-
oder Cycloalkyldiamine wie Propylendiamin und 1-Amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexan.
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Es können auch Polyamine eingesetzt
werden, die mehr als zwei Aminogruppen im Molekül enthalten. In diesen Fällen ist
jedoch – z.
B. durch Mitverwendung von Monoaminen – darauf zu achten, daß keine
vernetzten Polyurethanharze erhalten werden. Solche brauchbaren
Polyamine sind Diethylentriamin, Triethylentetramin, Dipropylendiamin
und Dibutylentriamin. Als Beispiel für ein Monoamin ist Ethylhexylamin
zu nennen (vgl. die Patentschrift
EP-A-0 089 497 ).
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Beispiele geeigneter Aminoalkohole
sind Ethanolamin oder Diethanolamin.
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Als Polyisocyanate kommen grundsätzlich alle
der üblichen
und bekannten, auf dem Lackgebiet verwendeten aliphatischen, cycloaliphatischen,
aliphatisch-cycloaliphatischen, aromatischen, aliphatisch-aromatischen
und/oder cycloaliphatisch-aromatischen Polyisocyanate und Polyisocyanataddukte
in Betracht, welche auch als Lackpolyisocyanate bezeichnet werden,
wie sie vorstehend im Detail bereits beschrieben wurden.
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Beispiele für erfindungsgemäß zu verwendende
geeignete Polyepoxide sind, insbesondere alle bekannten aliphatischen
und/oder cycloaliphatischen und/oder aromatischen Polyepoxide, beispielsweise
auf Basis Bisphenol-A oder Bisphenol-F. Als Polyepoxide geeignet
sind beispielsweise auch die im Handel unter den Bezeichnungen Epikote® der Firma
Shell, Denacol® der
Firma Nagase Chemicals Ltd., Japan, erhältlichen Polyepoxide, wie z.B.
Denacol EX-411 (Pentaerythritpolyglycidylether), Denacol EX-321
(Trimethylolpropanpolyglycidylether), Denacol EX-512 (Polyglycerolpolyglycidylether)
und Denacol EX-521 (Polyglycerolpolyglycidylether).
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Ergänzend wird auf das Buch "Paints, Coatings
and Solvents", second
completely revised edition, Edit. D. Stoye und W. Freitag, Wiley-VCH,
Weinheim, New York, 1998, Seiten 69 ff., verwiesen.
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Als erfindungsgemäß zu verwendende Silicone,
d. h. Polysiloxane, Polyorganosiloxane oder Organosiloxane kommen
alle nach dem Schema (R2SiO)x aufgebauten
Silicone in Frage. Dabei können
als Reste die obengenannten Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkylcycloalkyl-,
Cycloalkylalkyl-, Aryl-, Alkylaryl-, Cycloalkylaryl- Arylalkyl-
oder Arylcycloalkylreste, aromatische oder heteroaromatische Kohlenwasserstoffreste
eingesetzt werden. Meist handelt es sich jedoch um Methyl-, seltener
Phenyl-, Ethyl- oder Propyl-Gruppen. Auch gemischt-gruppige Silicone
sind einsetzbar.
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Ferner können die Silicone Halogengruppen oder
Hydroxidgruppen, die durch Hydrolyse der entsprechenden Halogensilane
herstellbar sind.
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Als Polyhydroxy-funktionelle Polysiloxane (Polysiloxanpolyole)
werden vorzugsweise Organopolysiloxane verwendet, die Hydroxy-funktionelle Substituenten
aufweisen. Beispielhaft seien Methylhydroxyethylpolysiloxan, Methyl-3-hydroxypropylpolysiloxan
oder Ethyl-3-hydroxypolysiloxan genannt. Solche Organopolysiloxane
können
auch als oligomere Bausteine enthalten sein. Zu den genannten Organopolysiloxanen
vergleiche beispielsweise Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4.Aufl.,
Band 21, Seiten 520 bis 510, Verlag Chemie, Weinheim, Deerfield
Beach, Basel, 1982.
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Ergänzend wird auf Römpp Lexikon
Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seite 525, "Silicone" und "Siliconharze", und das Lehrbuch "Lackadditive" von Johan Bieleman,
Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, Seiten 134 ff., oder auf das
Buch "Paints, Coatings
and Solvents", second completely
revised edition, Edit. D. Stoye und W. Freitag, Wiley-VCH, Weinheim,
New York, 1998, Seiten 78 ff., verwiesen.
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Als Polyphenole kommen alle aromatischen Verbindungen
in Betracht, die mindestens zwei phenolische Hydroxy-Gruppen im
Molekül
enthalten. Zu den Phenol-Derivaten zählen die drei Dihydroxybenzole
(Brenzcatechin, Resorcin, Hydrochinon), Phloroglucin, Pyrogallol
oder Hexahydroxybenzol. Ergänzend
wird auf Römpp
Lexikon Chemie – CD
Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999 verwiesen.
-
Einsetzbare Polycarbonate sind beispielsweise
Polycarbonate, die formal als Polyester aus Kohlensäure und
aliphatischen oder aromatischen Dihydroxy-Verbindungen betrachtet
werden. Sie sind leicht zugänglich
durch Umsetzung aliphatischer Diole oder Bisphenole mit Phosgen
bzw. Kohlensäurediestern
in Polykondensations- bzw. Umesterungsreaktionen. Hierzu eignen
sich alle oben angegebenen Polyole. Über die Wahl der Bisphenole
können
die Eigenschaften der Polycarbonate breit variiert werden. Bei gleichzeitigem
Einsatz unterschiedlicher Bisphenole lassen sich in Mehrstufen-Polykondensationen auch
Block-Polymere aufbauen. Polyesterpolycarbonate sind u. a. durch
Umsetzung von Bisphenolen mit Phosgen und aromatischen Dicarbonsäuredichloriden
zugänglich.
Ergänzend
wird auf Römpp
Lexikon Chemie – CD
Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999 verwiesen.
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Als Polyether kommen Polymere in
Frage, deren organische Wiederholungseinheiten durch Ether-Funktionalitäten (C-O-C)
zusammengehalten werden. Dazu gehören eine Vielzahl strukturell
sehr unterschiedlicher Polymerer, z. B. die Polyalkylenglykole (Polyethylenglykole,
Polypropylenglykole u. Polyepichlorhydrine) als Polymere von 1,2-Epoxiden, Epoxidharze,
Polytetrahydrofurane (Polytetramethylenglykole), Polyoxetane, Polyphenylenether
(s. Polyarylether) od. Polyetheretherketone (s. Polyetherketone).
Ebenfalls geeignet sind chlorierte Polyether, Polyether-Sulfone
(s. Polysulfone) und Polyether-Polyimide sowie funktionalisierte
Polyether, d. h. Verbindungen mit einem Polyether-Gerüst, die
an ihren Hauptketten seitlich angeheftet noch andere funktionelle
Gruppen tragen wie z. B. Carboxy-, Epoxy-, Allyl- od. Amino-Gruppen
usw. Ergänzend
wird auf Römpp
Lexikon Chemie – CD
Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999 verwiesen.
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Beispiele geeigneter Polyharnstoffe
sind Lineare Polyharnstoffe des Typs I und sind u. a. zugänglich durch
Polyaddition von Diaminen u. Diisocya naten. Hierzu können für aliphatische
oder aromatische Reste und auch andere Gruppen, z. B. für Polyether
eingesetzt werden, insbesondere die bereits oben genannten Amine
und Isocyanate. Auch die Polykondensation von Diaminen mit Kohlendioxid, Phosgen,
Carbonsäureestern
(z. B. aktivierte Diphenylcarbonate, vgl. oben) oder Harnstoffen
bzw. die Umsetzung von Diisocyanaten mit stöchiometrischen Mengen an Wasser
führt zu
geeigneten Polyharnstoffen. Ergänzend
wird auf Römpp
Lexikon Chemie – Version
2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999 verwiesen.
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Als Aminoplastharze können Melamine
beliebige eingesetzt werden. Hierbei kommt jedes für Füller, Decklacke
oder transparente Klarlacke geeignete Aminoplastharz oder eine Mischung
aus solchen Aminoplastharzen, insbesondere Melaminformaldehydharze,
welche bei Temperaturen von 100°C bis
180°C, vorzugsweise
120°C bis
160°C, gegenüber OH-Gruppen
reaktiv sind, in Betracht. Ergänzend wird
auf Römpp
Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seite
29, »Aminoharze«, und das
Lehrbuch „Lackadditive" von Johan Bieleman,
Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, Seiten 242 ff., oder auf das
Buch „Paints,
Coatings and Solvents",
second completely revised edition, Edit. D. Stoye und W. Freitag,
Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, Seiten 80 ff., verwiesen. Es
sind auch die üblichen
und bekannten wasserverdünnbaren
Aminoplastharze geeignet, deren Methylol- und/oder Alkoxymethylgruppen
z. T. mittels Carbamat- oder Allophanatgruppen defunktionalisiert
sind. Aminoplastharze dieser Art werden z. B. in den Patentschriften
US-A-4 710 542 und
EP-B-0 245 700 sowie
in dem Artikel von B. Singh und Mitarbeiter "Carbamylmethylated Melamines, Novel
Crosslinkers for the Coatings Industry" in Advanced Organic Coatings Science
and Technology Series, 1991, Band 13, Seiten 193 bis 207, beschrieben.
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Ferner sind erfindungsgemäß die üblichen und
bekannten Polylactone einsetzbar.
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Auch Gemische der obengenannten polymeren
funktionellen Gruppen sind in der Erfindung einsetzbar.
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Vorzugsweise sind mindestens zwei
Substituenten R1 bis R9 jeweils
unabhängig
voneinander aus den oben genannten polymeren funktionellen Gruppen
ausgewählt.
Besonders bevorzugt sind dies die Reste R8 und
R9.
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Zur Verknüpfung bzw. Einbringung der
Reste in die Verbindung (I) können
die üblichen
und bekannten Polymere und/oder Substanzen aus denen die Polymere
erhältlich
sind sowie die üblichen
und bekannten Verfahren der Organischen Chemie Verwendung finden.
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Darüber hinaus wird das erfindungsgemäße Verfahren
vorzugsweise in Gegenwart mindestens eines radikalischen Initiators
durchgeführt,
wobei hier oxidierende radikalische Initiatoren besonders bevorzugt
sind. Im allgemeinen können
jedoch alle bei der Radikalkettenpolymerisation herkömmlicherweise verwendeten
Azo- und/oder Peroxo-Verbindungen eingesetzt werden. Geeignete Initiatoren
sind in der WO 98/01478 auf S. 10, Z. 17–34 beschrieben. Vorzugsweise
werden oxidierende radikalische Initiatoren, wie z.B. Kalium-, Natrium-
und Ammoniumperoxodisulfat, oder eine Kombination eines herkömmlichen,
d.h. eines nicht oxidierenden Initiators mit H2O2, eingesetzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine vergleichsweise große
Menge an radikalischem Initiator zugegeben, wobei der Anteil an
radikalischem Initiator am Reaktionsgemisch vorzugsweise 0,5 bis
50 Gew.-%, weiter bevorzugt 1 bis 20 Gew.%, jeweils bezogen auf
die Gesamtmenge des Monomers (a) und des In itiators, beträgt. Vorzugsweise
beträgt
das Verhältnis Initiator
zu Verbindung (I) 3:1 bis 1:3, weiter bevorzugt 2:1 bis 1:2, und
insbesondere 1,5:1 bis 1:1,5.
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Die oben beschriebene Reaktion gemäß Stufe
(i) wird in wäßriger oder
organischer Phase, wobei hier Wasser oder Gemische von Wasser mit wassermischbaren
Lösungsmitteln,
wie z.B. THF und Ethanol besonders bevorzugt sind, durchgeführt. Es ist
jedoch auch möglich
die Umsetzung in Gegenwart eines Gemischs aus Wasser und einem nicht
mit Wasser mischbaren Lösungsmittel,
z.B. einem aromatischen Lösungsmittel
wie Toluol, durchzuführen.
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In einer weiteren Ausführungsform
wird die obige Reaktion gemäß Stufe
(i) in Gegenwart mindestens einer Base durchgeführt. Dabei sind als niedermolekulare
Basen prinzipiell alle niedermolekularen Basen zu verwenden, wobei
NaOH, KOH, Ammoniak, Diethanolamin, Triethanolamin, Mono-, Di-, oder
Triethylamin, Dimethylethanolamin, oder ein Gemisch aus zwei oder
mehr davon bevorzugt und Ammoniak und Di- und Triethanolamin besonders bevorzugt
sind.
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Die Reaktion gemäß Stufe (i) wird im allgemeinen
bei Temperaturen oberhalb Raumtemperatur und unterhalb der Zersetzungstemperatur
der Monomeren durchgeführt,
wobei vorzugsweise ein Temperaturbereich von 50 bis 150°C, weiter
bevorzugt 70 bis 120°C
und insbesondere 80 bis 110°C
gewählt wird.
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Obwohl bzgl. der Molekulargewichtsverteilung
keinerlei Beschränkungen
existieren, kann in der Reaktion gemäß (i) ein Umsetzungsprodukt
erhalten werden, das eine Molekulargewichtsverteilung Mw/Mn gemessen mit Gelpermeationschromatographie
unter Verwendung von Polystyrol als Standard von ≤ 4, vorzugsweise ≤ 3, weiter
bevorzugt ≤ 2,
insbesondere ≤ 1,5
und in einzelnen Fällen
auch ≤ 1,3 besitzt.
Die Molekulargewichte des Umsetzungsprodukts (A) sind durch die
Wahl der Verhältnisses
Monomere (a) zu Verbindungen (I) zu radikalischem Initiator in weiten
Grenzen steuerbar. Dabei bestimmt insbesondere der Gehalt an Verbindung
(I) das Molekulargewicht, und zwar derart, daß je größer der Anteil an Verbindung
(I) ist, desto geringer das erhaltene Molekulargewicht.
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Die Umsetzung gemäß Stufe (i) kann auch in Gegenwart
einer oberflächenaktiven
Substanz durchgeführt
werden.
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Das in der Reaktion gemäß (i) erhaltene
Umsetzungsprodukt, das in der Regel in Form eines wäßrigen oder
organische Lösungsmittel-haltigen Gemischs
anfällt,
kann dabei direkt als Dispersion weiter verarbeitet werden, oder
aber als Makroinitiator für
die weitere Umsetzung gemäß Stufe
(ii), wie weiter unten hierin definiert, eingesetzt werden. Ferner
ist es möglich,
das Umsetzungsprodukt gemäß Stufe
(i) als Feststoff zu isolieren und dann weiter umzusetzen oder einer
Anwendung zuzuführen.
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Dabei kann in der Umsetzung gemäß Stufe (ii)
mindestens ein frei wählbares,
radikalisch homo- oder copolymerisierbares Monomer (b) umgesetzt werden.
Dabei kann Monomer (b) gleich oder verschieden sein vom in der Stufe
(i) eingesetzten Monomer (a). Die Auswahl des Monomers (b) erfolgt prinzipiell
nach der gewünschten
Struktur des in Stufe (ii) hergestellten Polymers und damit in Abhängigkeit
von der angestrebten Verwendung dieses Polymers.
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Im einzelnen sind folgenden, vorzugsweise einzusetzende
Monomere (b) zu nennen:
Monomere (b) werden vorzugsweise ausgewählt unter
monoethylenisch ungesättigten
C3- bis C10-Monocarbonsäuren, deren
Alkalimetallsalzen und/oder Ammoniumsalzen, beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Dimethylacrylsäure, Ethylacrylsäure, Allylessigsäure oder
Vinylessigsäure,
weiterhin monoethylenisch ungesättigte
C4- bis C8-Dicarbonsäuren, deren
Halbester, Anhydride, Alkalimetallsalze und/oder Ammoniumsalze,
beispielsweise Maleinsäure,
Fumarsäure,
Itaconsäure,
Mesaconsäure, Methylenmalonsäure, Citraconsäure, Maleinsäureanhydrid,
Itaconsäureanhydrid
oder Methylmalonsäureanhydrid;
weiterhin Sulfonsäuregruppen
enthaltende monoethylenisch ungesättigte Monomere, beispielsweise
Allylsulfonsäure,
Styrolsulfonsäure, 2-Acryl-amido-2-methylpropansulfonsäure, Methallylsulfonsäure, Vinylsulfonsäure, Acrylsäure-3-sulfopropylester
oder Methacrylsäure-3-sulfopropylester, weiterhin
Phosphonsäuregruppen
enthaltende monoethylenisch ungesättigte Monomere, beispielsweise
Vinylphosphonsäure,
Allylphosphonsäure
oder Acrylamidoethyl-propanphosphonsäure, C1-
bis C20-Alkyl- und Hydroxialkylester von
monoethylenisch ungesättigten
C3- bis C10-Monocarbonsäuren oder
C4- bis C8-Dicarbonsäuren, beispielsweise
Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat,
Stearylacrylat, Maleinsäurediethylester,
Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropyl-acrylat, Hydroxybutylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat
oder Hydroxypropyl-methacrylat, weiterhin (Meth)Acrylester von alkoxylierten
C1- bis C18-Alkoholen,
die mit 2 bis 50 mol Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder
Mischungen hiervon umgesetzt sind; weiterhin Amide und N-substituierte
Amide von monoethylenisch ungesättigten C3- bis C10-Monocarbonsäuren oder
C4- bis C8-Dicarbonsäuren, beispielsweise
Acrylamid, N-Alkylacrylamide oder N,N-Dialkylacrylamide mit jeweils
1 bis 18 C-Atomen in der Alkylgruppe wie N-Methyacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid,
N-tert.-Butylacrylamid oder N-Octadecylacrylamid, Maleinsäuremonomethylhexylamid,
Maleinsäuremonodecylamid,
Diethylaminopropylmethacrylamid oder Acrylamidoglykolsäure; weiterhin
Alkylamidoalkyl(meth)acrylate, beispielsweise Dimethylaminoethylacrylat,
Dimethylaminoethylmethacrylat, Ethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat,
Dimethylaminopropylacrylat oder Dimethylaminopropylmethacrylat,
weiterhin Vinylester wie Vinylformiat, Vinylacetat oder Vinyl propionat,
wobei diese nach der Polymerisation auch verseift vorliegen können; weiterhin
N-Vinylverbindungen, beispielsweise N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylaprolactam,
N-Vinylformamid, N-Vinyl-N-methylformamid, 1-Vinylimidazol oder 1-Vinyl-2-methylimidazol; weiterhin
Vinylether von C1- bis C18-Alkoholen,
Vinylether von alkoxylierten C1- bis C18-Alkoholen und Vinylether von Polyalkylenoxiden
wie Polyethylenoxid, Polypropylenoxid oder Polybutylenoxid, Styrol
oder dessen Derivate wie alpha-Methylstyrol, Inden, Dicyclopentadien;
Monomere, die Amino- oder Iminogruppen aufweisen wie Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat,
Diethylaminopropylmethacryamid oder Allylamin, Monomere, die quaternäre Ammoniumgruppen
tragen, z.B. vorliegend als Salze wie sie durch Umsetzung der basischen
Aminofunktionen mit Säuren
wie Salzsäure,
Schwefelsäure,
Salpetersäure,
Ameisensäure
oder Essigsäure
erhalten werden, oder in quaternisierter Form (Beispiele geeigneter
Quaternisierungsmittel sind Dimethylsulfat, Diethylsulfat, Methylchlorid,
Ethylchlorid oder Benzylchlorid), wie z.B. Dimethylaminoethylacrylat-hydrochlorid,
Diallyldimethylammoniumchlorid, Dimethylaminoethylacrylat-methylchlorid, Dimethylaminoethylaminopropylmethacrylamid-methosulfat,
Vinylpyridiniumsalze oder 1-Vinylimidazoliumsalze; Monomere, bei
denen die Aminogruppen und/oder Ammoniumgruppen erst nach der Polymerisation
und anschließender
Hydrolyse freigesetzt werden, wie beispielsweise N-Vinylformamid oder N-Vinylacetamid.
-
Demgemäß betrifft die vorliegende
Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Polymers (B)
mittels der Stufe (ii), das umfaßt:
(ii) Umsetzung des
in Stufe (i) erhaltenen Mischpolymerisats (A) unter radikalischen
Bedingungen in Gegenwart mindestens einem radikalisch homo- oder copolymerisierbaren
Monomer (b).
-
Die Umsetzung gemäß Stufe (ii) wird prinzipiell
nach den üblichen
Bedingungen für
eine radikalische Polymerisation durchgeführt, wobei geeignete Lösungsmittel
anwesend sein können.
-
Dabei können die Stufen (i) und (ii)
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowohl räumlich
als auch zeitlich getrennt voneinander durchgeführt werden, wobei dann selbstverständlich zunächst Stufe
(i) und anschließend
Stufe (ii) durchgeführt
wird. Darüber
hinaus können
jedoch die Stufen (i) und (ii) auch in einem Reaktor nacheinander, d.h.
zunächst
wird die Verbindung der Formel (I) mit mindestens einem Monomer
(a) vollständig
oder teilweise in Abhängigkeit
von der gewünschten
Anwendung bzw. der gewünschten
Eigenschaften, umgesetzt und anschließend mindestens ein Monomer
(b) zugegeben und radikalisch polymerisiert oder aber von Anfang
an ein Monomerengemisch umfassend mindestens ein Monomer (a) und
mindestens ein Monomer (b) eingesetzt und mit der Verbindung (I)
zur Reaktion gebracht. Dabei wird angenommen, daß die Verbindung (I) zunächst mit
dem mindestens einen Monomeren (a) reagiert und anschließend das daraus
gebildete Mischpolymerisat (A) oberhalb eines bestimmten Molekulargewichts
auch mit dem Monomeren (b) reagiert.
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Je nach Reaktionsführung ist
es dabei erfindungsgemäß möglich, an
den Endgruppen funktionalisierte Polymere, Block- oder Multiblock-
sowie Gradienten(Co)Polymere, sternförmige Polymere, Pfropf-Copolymere
und verzweigte (Co)Polymere herzustellen.
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Wie sich aus obigem ergibt, betrifft
die vorliegende Erfindung auch das Polymer (B) an sich, das durch
das oben definierte Verfahren herstellbar ist. Dabei wird die erfindungsgemäße Umsetzung
vorzugsweise so durchgeführt,
daß ein
Polymer (B) erhalten wird, das Blockstruktur aufweist. Dabei ist
es erfindungsgemäß zum ersten
Mal möglich,
in einfacher Weise unter Verwendung einer einfach zugänglichen
Verbindung (I) Blockcopolymere bereitzustellen, die z. B. einen
hydrophilen Block, wie z.B. einen (Meth)acrylsäure- oder einen C1–4-Alkyl(meth)acrylat-Block
und eine weiteren, vorzugsweise hydrophoben Polymer-Block, wie z.B.
einen Block auf der Basis von vinylaromatischen Monomeren, wie z.B.
Styrol oder substituierten Styrolen, sowie nicht-aromatischen Vinylverbindungen,
wie z. B. Vinylacetat, sowie höhere
(> C4)
Alkyl(meth)acrylate aufweisen.
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Ferner sind erfindungsgemäß auch Polymere
der folgenden Struktur herstellbar:
Poly((meth)acrylsäure-stat-(meth)acrylat-b-(styrol-stat-(meth)acrylat)),
wobei der Begriff „(meth)acrylat", Alkylester der
Methacrylsäure
und Acrylsäure
bezeichnet.
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Im einzelnen sind die folgenden,
neuen Blockcopolymere zu nennen: Poly(acrylsäure-b-styrol), Poly(methylmethacrylat-b-styrol),
Poly(methacrylsäure
-b-hydroxyethylacrylat), Poly(methacrylsäuremethylester-b-N-vinylpyrrolidon),
Poly(methacrylsäuremethylester-b-N-vinylformamid),
Poly(methacrylsäure-methylester-b-hydroxyethylacrylat),
Poly(methacrylsäuremethylester-b-(styrol-stat-acrylnitril)),
Poly(n-butylacrylatb-styrol-b-n-butylacrylat), Poly(methylmeth-acrylat-b-styrol-b-methylmethacrylat-b-styrol),
Poly(n-butylacrylat-b-styrol-b-n-butylacrylat-b-styrol). Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung auch ein wäßriges Gemisch, umfassend das
erfindungsgemäße Umsetzungsprodukt
(A), das erfindungsgemäße Polymer
(B) oder eine Kombination aus zwei oder mehr davon.
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Insbesondere lässt sich das wässrige oder organische
Lösungsmittelhaltige
Gemisch, das das Mischpolymerisat (A) enthält, als Primärdispersion verwenden.
Das Mischpolymerisat (A) bzw. das Polymer (B) oder ein Gemisch aus
zwei oder mehr davon werden können
entsprechend dem Einsatzgebiet in hierfür geeigneter Form, insbesondere
in Polymerdispersionen, verwendet werden.
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Die erfindungsgemäßen Mischpolymerisate eignen
sich hervorragend für
das Beschichten, Verkleben, Abdichten, Umhüllen und Verpacken von Kraftfahrzeugkarosserien
und Teile hiervon, Bauwerken im Innen- und Außenbereich und Teilen hiervon, Türen, Fenstern,
Möbeln,
Glashohlkörpern,
Coils, Container, Emballagen, industriellen Kleinteilen, wie Muttern,
Schrauben, Felgen oder Radkappen, elektrotechnischen Bauteilen,
wie Wickelgüter
(Spulen, Statoren, Rotoren), optischen Bauteilen, mechanischen Bauteilen
und Bauteilen für
weiße
Ware, wie Radiatoren, Haushaltsgeräte, Kühlschrankverkleidungen oder
Waschmaschinenverkleidungen.
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Vor allem aber wird das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel,
bevorzugt als Decklack oder Klarlack, insbesondere als Klarlack
zur Herstellung farb- und/oder effektgebender, elektrisch leitfähiger, magnetisch
abschirmender oder fluoreszierender Mehrschichtlackierungen, speziell
farb- und/oder effektgebender
Mehrschichtlackierungen, eingesetzt. Für die Herstellung der Mehrschichtlackierungen können übliche und
bekannte Nass-in-nass-Verfahren und Lackaufbauten angewandt werden.
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Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel enthalten
entsprechend ihrem Einsatzgebiet geeignete Zusatzstoffe (C) wie
Polymere, insbesondere Vernetzer, Katalysatoren für die Vernetzung,
Initiatoren, insbesondere Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe, Verstärkerfüllstofte,
Rheologiehilfsmittel, Netz- und Dispergiermittel, Entschäumer, Haftvermittler,
Additive zur Verbesserung der Untergrundbenetzung, Additive zur
Verbesserung der Oberflächenglätte, Mattierungsmittel,
Verlaufmittel, Filmbildehilfsmittel, Trockenstoffe, Hautverhinderungsmittel,
Lichtschutzmittel, Korrosionsinhi bitoren, Biozide, Flammschutzmittel,
Polymerisationsinhibitoren, insbesondere Photoinhibitoren oder Weichmacher,
wie sie beispielsweise auf dem Kunststoff oder Lacksektor üblich und
bekannt sind. Die Auswahl der Zusatzstoffe richtet sich nach dem
gewünschten
Eigenschaftsprofil des Beschichtungsmittels und dessen Verwendungszweck.
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Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel können mit
den bekannten Methoden der Applikation flüssiger Phasen wie Tauchen,
Spritzen, Rakeln, Streichen, Aufwalzen (Roller Coating) oder Gießen in Form
eines flüssigen
Vorhangs aufgetragen werden. Beispiele geeigneter Unterlagen sind
Filme, Folien, Fasern, Bleche, Gewebe oder Formteile, insbesondere
Automobilkarosseriebauteile, aus Metall, Glas, Holz, Papier, Kunststoff,
Leder, mineralische Untergründe
oder Verbundmaterialien hieraus. Diese Unterlagen können beim
Auftrag statisch ruhen oder bewegt werden wie etwa beim Coil Coating-Vertahren.
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Weiterhin können die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel
in Pulverform, insbesondere bei der Pulverlackierung, zur Anwendung
kommen.
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Insbesondere können die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel
Bestandteile von mehrschichtigen Lackaufbauten sein, wie sie beispielsweise
bei der Automobil-Serienlackierung, der Automobil-Reparaturlackierung,
der Kunststofflackierung, der Industrielackierung, dem Container
Coating, dem Coil Coating-Verfahren oder der Möbellackierung anzutreffen sind.