DE10354865B4 - Process for the solvent-free and continuous production of polymer-modified resins from polyesters and polyacrylates - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur lösemittelfreien und kontinuierlichen Herstellung von polymermodifizierten Harzen, erhalten durch Umsetzung von I. mindestens einem hydroxyfunktionellen und/oder carboxyfunktionellen, kristallinen und/oder semikristallinen und/oder amorphen Polyester von gesättigten (cyclo)aliphatischen Dicarbonsäuren mit gesättigten (cyclo)aliphatischen Diolen und II. mindestens einem hydroxyfunktionellen und/oder carbonsäuregruppenhaltigen Polyacrylat durch radikalische Polymerisation der Ausgangskomponente(n) zur Herstellung von II. in Gegenwart des Polyesters I. und in Abwesenheit eines organischen Lösemittels in einem Extruder, Intensiv-Kneter, Intensiv-Mischer oder statischen Mischer durch intensive Durchmischung und kurzzeitige Reaktion und nachfolgender Isolierung des Endprodukts durch Abkühlung.Process for the solvent-free and continuous preparation of polymer-modified resins obtained by reacting I. at least one hydroxy-functional and / or carboxy-functional, crystalline and / or semicrystalline and / or amorphous polyester of saturated (cyclo) aliphatic dicarboxylic acids with saturated (cyclo) aliphatic diols and II at least one hydroxy-functional and / or carboxylic acid-containing polyacrylate by radical polymerization of the starting component (s) for the preparation of II in the presence of the polyester I and in the absence of an organic solvent in an extruder, intensive kneader, intensive mixer or static mixer by intensive Mixing and brief reaction and subsequent isolation of the final product by cooling.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lösemittelfreien und kontinuierlichen Herstellung von polymermodifizierten Harzen aus hydroxyfunktionellen, kristallinen und/oder semikristallinen und/oder amorphen Polyestern und mindestens einem hydroxyfunktionellen und/oder carbonsäuregruppenhaltigen Polyacrylat in Abwesenheit organischer Lösemittel.The invention relates to a process for the solvent-free and continuous preparation of polymer-modified resins from hydroxy-functional, crystalline and / or semicrystalline and / or amorphous polyesters and at least one hydroxy-functional and / or carboxylic acid-containing polyacrylate in the absence of organic solvents.
Üblicherweise sind verschiedene Polymere nicht oder nur schwer miteinander mischbar, da die Gibbs'sche Mischungsenthalpie von Polymeren im Allgemeinen positiv ist. Dies ist ein Grund, weshalb oft Polyester mit Polyacrylaten nicht mischbar und unverträglich sind. Durch die Polymerisation von Acrylat-Monomeren in eine Polyestermatrix können allerdings stabile Mischungen hergestellt werden.Usually, various polymers are difficult or impossible to mix with each other because the Gibbs' enthalpy of entrainment of polymers is generally positive. This is one reason why polyesters are often immiscible with polyacrylates and incompatible. However, by the polymerization of acrylate monomers in a polyester matrix stable mixtures can be prepared.
Die
Die
In der
In
Polymermodifizierte Harze sind auch aus
In keinem der Dokumente wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von polymermodifizierten Harzen aus Polyestern und Polyacrylaten in Abwesenheit organischer Lösemittel beschrieben.None of the documents describes a process for the continuous preparation of polymer-modified polyesters and polyacrylates in the absence of organic solvents.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein kontinuierliches, umweltfreundliches Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe die Herstellung von Polyester-Polyacrylat-Zusammensetzungen ohne die Verwendung eines organischen Lösemittels während des gesamten Herstellungsprozesses möglich ist. Da die Löslichkeit von Polyestern in organischen Lösemitteln mit zunehmender Kristallinität geringer wird, war zudem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe die Herstellung von Polyester-Polyacrylat-Zusammensetzungen aus kristallinen und/oder semikristallinen und/oder amorphen Polyester und Polyacrylaten überhaupt möglich ist. Da zudem die Viskosität von Polymerlösungen in organischen Lösemitteln mit zunehmendem Molekulargewicht ansteigt, können normalerweise höhermolekulare Polyester-Polyacrylate nur in hoher Verdünnung eines organischen Lösemittels hergestellt werden. Daher war zudem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vorteilhaftes, kontinuierliches Verfahren mit hohem Produktdurchsatz zu finden, das die Herstellung von Polyester-Polyacrylat-Zusammensetzungen aus auch höhermolekularen, kristallinen und/oder semikristallinen und/oder amorphen Polyestern und Polyacrylaten erlaubt.The object of the present invention was to develop a continuous, environmentally friendly process by means of which the production of polyester-polyacrylate compositions without the use of an organic solvent is possible during the entire production process. In addition, since the solubility of polyesters in organic solvents decreases with increasing crystallinity, it was an object of the present invention to develop a process by means of which the preparation of polyester-polyacrylate compositions of crystalline and / or semicrystalline and / or amorphous polyesters and polyacrylates is possible at all. In addition, since the viscosity of polymer solutions in organic solvents increases with increasing molecular weight, usually higher molecular weight polyester-polyacrylates can be prepared only in high dilution of an organic solvent. It was therefore an object of the present invention to find an economically advantageous, continuous process with high product throughput, which allows the production of polyester-polyacrylate compositions of higher molecular weight, crystalline and / or semicrystalline and / or amorphous polyesters and polyacrylates.
Derartige Produkte eignen sich beispielsweise als Bindemittel in Pulverlacken oder (Schmelz-)Klebstoffen und unterstützen den Gedanken dieser umweltfreundlichen Systeme durch Verzicht auf organische Lösemittel. Such products are suitable, for example, as binders in powder coatings or (hot) adhesives and support the idea of these environmentally friendly systems by dispensing with organic solvents.
Außerdem sollten Zusammensetzungen gefunden werden, die als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in z. B. Beschichtungsstoffen verwendet werden können, wodurch Beschichtungen erhalten werden, die ein hohes Maß an Flexibilität bei sehr guten Härteeigenschaften besitzen. Gleichzeitig sollte die Haftung der Beschichtung auf Substraten hoch sein. Nicht zuletzt war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch Einsatz der im Vergleich zu Polyesterrohstoffen billigeren Acrylat-Rohstoffe eine Verbilligung des Gesamtsystems herbeizuführen.In addition, compositions should be found which are used as the main component, base component or additional component in z. As coating materials can be used, whereby coatings are obtained which have a high degree of flexibility with very good hardness properties. At the same time, the adhesion of the coating to substrates should be high. Not least object of the present invention, by using the cheaper compared to polyester raw materials acrylate raw materials to bring about a reduction in the overall system.
Es wurde überraschend gefunden, dass das Verfahren und die polymermodifizierten Harze gemäß der Erfindung die geforderten Kriterien erfüllen.It has surprisingly been found that the process and the polymer-modified resins according to the invention meet the required criteria.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur lösemittelfreien und kontinuierlichen Herstellung von polymermodifizierten Harzen, erhalten durch Umsetzung von
- I. mindestens einem hydroxyfunktionellen und/oder carboxyfunktionellen, kristallinen und/oder semikristallinen und/oder amorphen Polyester und
- II. mindestens einem hydroxyfunktionellen und/oder carbonsäuregruppenhaltigen Polyacrylat
- I. mindestens eines hydroxyfunktionellen und/oder carboxyfunktionellen, kristallinen und/oder semikristallinen und/oder amorphen Polyesters und
- II mindestens eines hydroxyfunktionellen und/oder carbonsäuregruppenhaltigen Polyacrylats,
- I. at least one hydroxy-functional and / or carboxy-functional, crystalline and / or semicrystalline and / or amorphous polyester and
- II. At least one hydroxy-functional and / or carboxylic acid group-containing polyacrylate
- I. at least one hydroxy-functional and / or carboxy-functional, crystalline and / or semicrystalline and / or amorphous polyester and
- II at least one hydroxyl-functional and / or carboxylic acid-containing polyacrylate,
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Harze können als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in Beschichtungsstoffen verwendet werden, wodurch Beschichtungen erhalten werden, die ein hohes Maß an Flexibilität bei sehr guten Härteeigenschaften besitzen. Gleichzeitig ist die Haftung der Beschichtung auf Substraten sehr hoch. Der Einsatz der im Vergleich zu Polyesterrohstoffen billigeren Acrylat-Rohstoffe trägt zu einer Verbilligung des Gesamtsystems bei.The resins prepared by the process according to the invention can be used as the main component, base component or additive component in coating materials, giving coatings which have a high degree of flexibility with very good hardness properties. At the same time, the adhesion of the coating to substrates is very high. The use of the cheaper compared to polyester raw materials acrylate raw materials contributes to a reduction in the overall system.
Der (semi-)kristalline und/oder amorphe Polyester wird nach bekannten Verfahren durch Kondensation hergestellt. Der eingesetzte Polyester besteht aus einem Di- und/oder Polycarbonsäuregemisch sowie deren Derivaten und einem Di- und/oder Polyolgemisch. Es können auch Anteile des Di- bzw. Polycarbonsäuregemisches teilweise durch Monocarbonsäuren ausgetauscht werden.The (semi) crystalline and / or amorphous polyester is prepared by condensation according to known methods. The polyester used consists of a di- and / or polycarboxylic acid mixture and derivatives thereof and a di- and / or polyol mixture. It is also possible for parts of the di- or polycarboxylic acid mixture to be partially replaced by monocarboxylic acids.
Im Einzelnen können zur Herstellung der Polyester übliche Carbonsäuren und deren veresterbare Derivate, wie z. B. 1,2- und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Bernsteinsäure, Sebazinsäure, Endomethylentetrahydrophthal-, Glutar-, Methylhexahydrophthalsäure, Dodecandisäure, Adipinsäure, Azelainsäure, und/oder – soweit zugänglich – deren Säureanydride und/oder veresterbare Derivate, wie z. B. Methylester, allein oder in Mischungen, eingesetzt werden. Es können ebenfalls höhere Alkyldicarbonsäuren, z. B. Dodecandisäure und/oder Hexa- und/oder Octadecandicarbonsäure, verwendet werden. Auch ist der Einsatz von Monocarbonsäuren, wie z. B. Hexansäure, Isononansäure und/oder 2-Ethylhexansäure, möglich.Specifically, for the preparation of the polyester conventional carboxylic acids and their esterifiable derivatives such. As 1,2- and 1,4-cyclohexanedicarboxylic, succinic, sebacic, endomethylenetetrahydrophthalic, glutaric, methylhexahydrophthalic, dodecanedioic, adipic, azelaic, and / or - as far as accessible - their acid anhydrides and / or esterifiable derivatives, such as. As methyl esters, alone or in mixtures, are used. It can also higher alkyl dicarboxylic acids, eg. As dodecanedioic acid and / or hexa- and / or octadecanedicarboxylic be used. Also, the use of monocarboxylic acids, such as. For example, hexanoic acid, isononanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid possible.
Besonders bevorzugt eingesetzt werden als Ausgangskomponente für den Polyester 1,2-, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Bernsteinsäure, Dodecandisäure und/oder Sebazinsäure, Hexa- und/oder Octadecandicarbonsäure, deren Säureanhydride und/oder veresterbare Derivate.Particular preference is given to using 1,2-, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, adipic acid, azelaic acid, succinic acid, dodecanedioic acid and / or sebacic acid, hexadecyl and / or octadecanedicarboxylic acid, their acid anhydrides and / or esterifiable derivatives as starting components for the polyester.
Als Alkoholkomponente werden z. B. Ethylenglykol, 1,2-, 1,3-Propandiol, Diethylen-, Dipropylen-, Triethylen-, Tetraethylenglykol, 1,2-, 1,4-Butandiol, 1,3-Butylethylpropandiol, 1,3-Methylpropandiol, 1,5-Pentandiol, Bis-(1,4-hydroxymethyl)cyclohexan (Cyclohexandimethanol), Glycerin, Hexandiol, Neopentylglykol, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Bisphenol A, B, C, F, Norbornylenglykol, 1,4-Benzyldimethanol, -ethanol, 2,4-Dimethyl-2-ethylhexan-1,3-diol, 1,4- und 2,3-Butylenglykol, Di-β-hydroxyethylbutandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, Decandiol, Dodecandiol, Neopentylglykol, Cyclohexandiol, 3(4),8(9)-Bis(hydroxymethyl)-tricyclo[5.2.1.02,6]decan (Dicidol), 2,2-Bis-(4-hydroxycyclohexyl)propan, 2,2-Bis-[4-(β-hydroxyethoxy)-phenyl]propan, 2-Methyl-propandiol-1,3,2-Methylpentandiol-1,5,2,2,4(2,4,4)-Trimethylhexandiol-1,6, Hexantiol-1,2,6, Butantriol-1,2,4, Tris-(β-hydroxyethyl)isocyanurat, Mannit, Sorbit, Polypropylenglykole, Polybutylenglykole, Xylylenglykol oder Hydroxypivalinsäureneopentylglykolester, allein oder in Mischungen, eingesetzt.As the alcohol component z. Ethylene glycol, 1,2-, 1,3-propanediol, diethylene, dipropylene, triethylene, tetraethylene glycol, 1,2-, 1,4-butanediol, 1,3-butylethylpropanediol, 1,3-methylpropanediol, 1 , 5- Pentanediol, bis (1,4-hydroxymethyl) cyclohexane (cyclohexanedimethanol), glycerol, hexanediol, neopentyl glycol, trimethylolethane, trimethylolpropane, pentaerythritol, bisphenol A, B, C, F, norbornylene glycol, 1,4-benzyldimethanol, ethanol, 2, 4-Dimethyl-2-ethylhexane-1,3-diol, 1,4- and 2,3-butylene glycol, di-β-hydroxyethylbutanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, decanediol , Dodecanediol, neopentyl glycol, cyclohexanediol, 3 (4), 8 (9) -bis (hydroxymethyl) -tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decane (dicidol), 2,2-bis (4-hydroxycyclohexyl) propane, 2 , 2-Bis- [4- (β-hydroxyethoxy) -phenyl] propane, 2-methylpropanediol-1,3,2-methylpentanediol-1,5,2,2,4 (2,4,4) -trimethylhexanediol -1,6, hexanediol-1,2,6, butanetriol-1,2,4, tris (β-hydroxyethyl) isocyanurate, mannitol, sorbitol, polypropylene glycols, polybutylene glycols, xylylene glycol or hydroxypivalate neopentyl glycol ester, used alone or in mixtures.
Besonders bevorzugt sind 1,4-Butandiol, 1,2-Propandiol, Cyclohexandimethanol, Hexandiol, Neopentylglykol, Decandiol, Dodecandiol, Trimethylolpropan, Ethylenglykol.Particularly preferred are 1,4-butanediol, 1,2-propanediol, cyclohexanedimethanol, hexanediol, neopentyl glycol, decanediol, dodecanediol, trimethylolpropane, ethylene glycol.
Der (semi)kristalline Polyester I. enthält in bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 2 die folgende Zusammensetzung: Bevorzugte Ausführungsform 1:
Der amorphe Polyester I. enthält in weiteren bevorzugten Ausführungsformen 3 bis 4 folgende Zusammensetzungen: Bevorzugte Ausführungsform 3:
Dabei ist die Summe der Säurekomponente und die der Alkoholkomponente jeweils für sich 100 Mol% für alle oben stehenden Ausführungsformen.The sum of the acid component and that of the alcohol component is in each case 100 mol% for all the above embodiments.
Der Polyester wird durch Veresterung der Säurekomponenten mit den Alkoholkomponenten und anschließender Polykondensation hergestellt. Hierzu werden die Bestandteile gemischt und langsam erwärmt (geschmolzen), wobei dann unter Wasserabspaltung verestert wird. Die bevorzugte Reaktionstemperatur liegt zwischen 180 und 260°C. In der Endphase wird Vakuum angelegt, wodurch dann auch Diole abgespalten werden und das Molekulargewicht deutlich erhöht wird. Zum Teil können Katalysatoren verwendet werden. Als Endkennwerte dienen Säurezahl und OH-Zahl.The polyester is prepared by esterification of the acid components with the alcohol components and subsequent polycondensation. For this purpose, the ingredients are mixed and slowly heated (melted), which is then esterified with elimination of water. The preferred reaction temperature is between 180 and 260 ° C. In the final phase, a vacuum is applied, whereby then diols are split off and the molecular weight is significantly increased. Partly catalysts can be used. The final parameters are acid number and OH number.
Der unter I. genannte Polyester besitztThe polyester mentioned under I. possesses
- – eine OH-Zahl von 0 bis 200 mg KOH/g, bevorzugt 2 bis 150 mg KOH/g, besonders bevorzugt 2 bis 70 mg KOH/g,An OH number of 0 to 200 mg KOH / g, preferably 2 to 150 mg KOH / g, more preferably 2 to 70 mg KOH / g,
- – eine Säurezahl von 0 bis 200 mg KOH/g, bevorzugt 0 bis 50 mg KOH/g, besonders bevorzugt von 0 bis 20 mg KOH/g,An acid number of 0 to 200 mg KOH / g, preferably 0 to 50 mg KOH / g, particularly preferably 0 to 20 mg KOH / g,
- – ggf. einen Schmelzbereich (Schmelzpeak, DSC, DIN 53765) Mp von –20 bis +150°C, bevorzugt 0 bis 140°C, besonders bevorzugt von 10 bis +140°C, If appropriate, a melting range (melting peak, DSC, DIN 53765) Mp of from -20 to + 150 ° C., preferably from 0 to 140 ° C., particularly preferably from 10 to + 140 ° C.,
- – ggf. eine Tg von –70 bis +70°C, bevorzugt –40 bis +40°C, besonders bevorzugt von –30 bis +30°C- If necessary, a Tg of -70 to + 70 ° C, preferably -40 to + 40 ° C, particularly preferably from -30 to + 30 ° C.
- – eine OH-Funktionalität (Verzweigung) von 1 bis 10, bevorzugt 2 bis 6, besonders bevorzugt von 2 bis 5.- An OH functionality (branching) of 1 to 10, preferably 2 to 6, particularly preferably from 2 to 5.
Das Polyacrylat II. enthält Hydroxygruppen und/oder Carbonsäuregruppen und kann ein Copolymerisat von ethylenisch ungesättigten Monomeren, wie in der
Einsetzbare Monomere sind Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, C1-C40-Alkylester und/oder Cycloalkylester der Methacrylsäure und/oder Acrylsäure, Hydroxyalkylacrylate und/oder Hydroxyalkylmethacrylate, Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat, 1,2-Epoxybutylacrylat, 1,2-Epoxybutylmethacrylat, 2,3-Epoxycyclopentylacrylat, 2,3-Epoxycyclopentylmethacrylat sowie die analogen Amide, wobei auch Styrol und/oder dessen Derivate zugegen sein können.Monomers which can be used are acrylic acid and / or methacrylic acid, C 1 -C 40 -alkyl esters and / or cycloalkyl esters of methacrylic acid and / or acrylic acid, hydroxyalkyl acrylates and / or hydroxyalkyl methacrylates, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, 1,2-epoxybutyl acrylate, 1,2-epoxybutyl methacrylate, 2 , 3-Epoxycyclopentylacrylat, 2,3-Epoxycyclopentylmethacrylat and the analog amides, wherein also styrene and / or its derivatives may be present.
Bevorzugt werden Butylacrylat und/oder Butylmethacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat und/oder 2-Hydroxyethylmethacrylat, Methylmethacrylat, Styrol, (Meth)Acrylsäure und weitere α,β-ungesättigte Monomere eingesetzt, wobei mindestens ein hydroxygruppenhaltiges und/oder carboxylgruppenhaltiges Monomer eingesetzt wird.Preference is given to using butyl acrylate and / or butyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate and / or 2-hydroxyethyl methacrylate, methyl methacrylate, styrene, (meth) acrylic acid and further α, β-unsaturated monomers, where at least one hydroxyl-containing and / or carboxyl-containing monomer is used.
Das Polyacrylat II. besitzt
- – eine OH-Zahl von 0 bis 300 mg KOH/g, bevorzugt 10 bis 150 mg KOH/g, besonders bevorzugt von 5 bis 120 mg KOH/g,
- – eine Säurezahl von 0 bis 300 mg KOH/g, bevorzugt 0 bis 150 mg KOH/g, besonders bevorzugt von 0 bis 120 mg KOH/g,
- – eine Tg von –40 bis +110°C, bevorzugt –30 bis +100°C, besonders bevorzugt von –20 bis +60°C,
- – ein Mn von 1000 bis 100000 g/mol, bevorzugt 1000 bis 50000 g/mol, besonders bevorzugt von 1000 bis 10000 g/mol,
- – ein Mw von 2000 bis 1000000 g/mol, bevorzugt 2500 bis 500000 g/mol, besonders bevorzugt von 5000 bis 250000 g/mol.
- An OH number of 0 to 300 mg KOH / g, preferably 10 to 150 mg KOH / g, more preferably of 5 to 120 mg KOH / g,
- An acid number of 0 to 300 mg KOH / g, preferably 0 to 150 mg KOH / g, more preferably from 0 to 120 mg KOH / g,
- A Tg of -40 to + 110 ° C, preferably -30 to + 100 ° C, more preferably -20 to + 60 ° C,
- An Mn of from 1000 to 100000 g / mol, preferably from 1000 to 50 000 g / mol, more preferably from 1000 to 10000 g / mol,
- A Mw of 2000 to 1,000,000 g / mol, preferably 2500 to 500,000 g / mol, more preferably from 5000 to 250,000 g / mol.
Das Polyacrylat II. enthält in einer bevorzugten Ausführungsform 1. folgende Zusammensetzung:
Das Polyacrylat II. enthält in einer bevorzugten Ausführungsform 2. folgende Zusammensetzung:
Das Prinzip des Verfahrens besteht darin, dass die Umsetzung der Reaktionsprodukte kontinuierlich in einem Extruder (auch Mehrwellenextruder sowie Planetwalzenextruder), Intensiv-Kneter, Intensiv-Mischer oder statischen Mischer durch intensive Durchmischung und kurzzeitige Reaktion, im Bereich weniger Sekunden oder Minuten, erfolgt. Kurzzeitige Reaktion bedeutet, dass die Verweilzeit der Einsatzstoffe in den oben genannten Aggregaten üblicherweise 3 Sekunden bis 15 Minuten, bevorzugt 3 Sekunden bis 5 Minuten, besonders bevorzugt 5 bis 180 Sekunden, beträgt. Die Reaktanden werden dabei kurzzeitig, bevorzugt unter Wärmezufuhr, bei Temperaturen von 10 bis 325°C, bevorzugt von 20 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt von 70 bis 200°C, zur Reaktion gebracht.The principle of the process is that the reaction of the reaction products is carried out continuously in an extruder (also multi-shaft extruder and planetary roller extruder), intensive kneader, intensive mixer or static mixer by intensive mixing and short-term reaction, in the range of a few seconds or minutes. Short-term reaction means that the residence time of the starting materials in the abovementioned aggregates is usually 3 seconds to 15 minutes, preferably 3 seconds to 5 minutes, particularly preferably 5 to 180 seconds. The reactants are short-term, preferably below Heat, at temperatures of 10 to 325 ° C, preferably from 20 to 200 ° C, most preferably from 70 to 200 ° C, reacted.
Es werden im Allgemeinen Temperaturen von 10 bis 325°C, bevorzugt von 20 bis 200°C, besonders bevorzugt von 70 bis 200°C, im Verfahren angewendet, wobei die Temperaturen, wie die Beispiele zeigen, je nach Produkt variieren.In general, temperatures of from 10 to 325 ° C., preferably from 20 to 200 ° C., particularly preferably from 70 to 200 ° C., are used in the process, the temperatures, as the examples show, varying depending on the product.
Es gelingt, das dabei entstehende, homogene Material kontinuierlich auszutragen. Gegebenenfalls kann hier eine kontinuierliche Nachreaktion nachgeschaltet werden, ansonsten wird das heiße Produkt abgekühlt (i. B. auf einem Kühlband) und bei Bedarf weiter konfektioniert (z. B. gemahlen).It succeeds in continuously discharging the resulting homogeneous material. If necessary, a continuous after-reaction can be connected downstream, otherwise the hot product is cooled (eg on a cooling belt) and, if required, further compounded (eg ground).
Als Aggregate sind Extruder, wie Ein- oder Mehrschneckenextruder, insbesondere Zweischneckenextruder, Planetwalzenextruder oder Ringextruder, Intensiv-Kneter, Intensiv-Mischer, oder statische Mischer für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet und werden bevorzugt verwendet. Ganz besonders bevorzugt sind die oben genannten Extruder.As aggregates, extruders, such as single- or multi-screw extruders, in particular twin-screw extruders, planetary roller extruders or ring extruders, intensive kneaders, intensive mixers or static mixers are particularly suitable for the process according to the invention and are preferably used. Very particular preference is given to the abovementioned extruders.
Überraschend war es, dass die Umsetzung, die im diskontinuierlichen Verfahren schwer möglich ist, in den genannten Aggregaten vollständig abläuft. Darüber hinaus fällt das Produkt in fester Form an, und kann nach erfolgter Abkühlung einer weiteren Aufarbeitung (z. B. Vermahlung oder Brechen) oder aber auch direkt einer Lagerung (Silo) oder auch Verpackung (Absackung) zugeführt werden. Von prinzipieller Natur ist die Tatsache, dass kurzzeitige chemische Reaktion zwischen den Reaktanden in Gegenwart des Polyesters im Zusammenspiel mit der Mischwirkung der Aggregate und dem Temperaturprofil der Aggregate ausreicht, um die Reaktionspartner vollständig oder weitestgehend umzusetzen. Die Aggregate ermöglichen durch geeignete Bestückung der Mischkammern bzw. Zusammenstellung der Schneckengeometrien intensive rasche Durchmischung bei gleichzeitigem intensiven Wärmeaustausch. Andererseits ist auch eine gleichmäßige Durchströmung in Längsrichtung mit möglichst einheitlicher Verweilzeit gewährleistet. Außerdem ist eine unterschiedliche, unabhängige Temperierung in den einzelnen Gerätegehäusen oder -abschnitten möglich.It was surprising that the reaction, which is difficult to achieve in the batch process, takes place completely in the abovementioned aggregates. In addition, the product is obtained in solid form, and after cooling, it can be subjected to further work-up (for example, grinding or breaking) or else directly to storage (silo) or else packaging (bagging). Of a fundamental nature is the fact that short-term chemical reaction between the reactants in the presence of the polyester in conjunction with the mixing action of the aggregates and the temperature profile of the aggregates is sufficient to implement the reactants completely or largely. By means of suitable equipping of the mixing chambers or compilation of the screw geometries, the aggregates allow intensive rapid mixing with simultaneous intensive heat exchange. On the other hand, a uniform flow in the longitudinal direction is guaranteed with a uniform residence time as possible. In addition, a different, independent temperature control in the individual device housings or sections is possible.
Zur Einleitung der freien radikalischen Polymerisation finden Initiatoren aus der Gruppe der Peroxide, Hydroperoxide, Azoverbindungen und/oder CC-spaltenden Verbindungen Verwendung. Als besonders geeignet haben sich Initiatoren erwiesen, die keine niedermolekularen Komponenten (z. B. Stickstoff aus Azoverbindungen) abspalten.Initiators from the group of peroxides, hydroperoxides, azo compounds and / or CC-cleaving compounds are used to initiate the free-radical polymerization. Initiators which do not cleave any low molecular weight components (eg nitrogen from azo compounds) have proven to be particularly suitable.
Die Ausgangsprodukte werden den Aggregaten in der Regel in getrennten Eduktströmen zudosiert. Bei mehr als zwei Eduktströmen können diese auch gebündelt zugeführt werden. Die Stoffströme können auch geteilt werden und so in unterschiedlichen Anteilen an verschiedenen Stellen den Aggregaten zugeführt werden. Auf diese Weise werden gezielt Konzentrationsgradienten eingestellt, was die Vollständigkeit der Reaktion herbeiführen kann. Außerdem ist es so möglich, gezielt die Herstellung und den chemischen Aufbau der Polyacrylate zu beeinflussen (Beeinflussung von Copolymerisationsparametern). Die Eintrittsstelle der Eduktströme in der Reihenfolge kann variabel und zeitlich versetzt gehandhabt werden. In der Regel werden Verfahren zur lösemittelfreien und kontinuierlichen Herstellung von polymermodifizierten Harzen eingesetzt, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Einsatzstoffe und/oder Initiatoren und/oder Katalysatoren und/oder Zuschlagstoffe gemeinsam oder in getrennten Produktströmen, in flüssiger oder fester Form, dem Extruder, Intensiv-Kneter, Intensiv-Mischer oder statischen Mischer zugeführt werden.The starting materials are usually added to the aggregates in separate educt streams. With more than two reactant streams, these can also be supplied bundled. The material flows can also be divided and thus supplied to the units in different proportions at different locations. In this way, concentration gradients are set deliberately, which can bring about the completeness of the reaction. In addition, it is possible to specifically influence the production and the chemical structure of the polyacrylates (influence of Copolymerisationsparametern). The entry point of the educt streams in the order can be handled variably and with a time offset. In general, methods for solvent-free and continuous production of polymer-modified resins are used, which are characterized in that the feedstocks and / or initiators and / or catalysts and / or additives together or in separate product streams, in liquid or solid form, the extruder, Intensive Kneader, Intensive Mixer or Static Mixer.
Zur Vorreaktion und/oder Vervollständigung der Reaktion können mehrere Aggregate auch kombiniert werden.For pre-reaction and / or completion of the reaction several aggregates can also be combined.
Die der schnellen Reaktion nachgeschaltete Abkühlung kann in dem Reaktionsteil integriert sein, in Form einer mehrgehäusigen Ausführungsform wie bei Extrudern oder Conterna-Maschinen. Eingesetzt werden können außerdem: Rohrbündel, Rohrschlangen, Kühlwalzen, Luftförderer und Transportbänder aus Metall.The rapid cooling downstream of the reaction can be integrated in the reaction part, in the form of a multi-housing embodiment as in extruders or Conterna machines. The following can also be used: tube bundles, pipe coils, cooling rolls, air conveyors and conveyor belts made of metal.
Die Konfektionierung wird je nach Viskosität des die Aggregate oder die Nachreaktionszone verlassenden Produktes zunächst durch weitere Abkühlung mittels entsprechender vorgenannter Gerätschaften auf eine geeignete Temperatur gebracht. Dann erfolgt die Pastillierung oder aber eine Zerkleinerung in eine gewünschte Partikelgröße mittels Walzenbrecher, Stiftmühle, Hammermühle, Sichtermühle, Schuppwalzen oder Ähnlichern.Depending on the viscosity of the product leaving the aggregates or the post-reaction zone, the preparation is first brought to a suitable temperature by further cooling by means of the corresponding aforementioned equipment. Then, the pastillation or crushing into a desired particle size by roll crusher, pin mill, hammer mill, classifier mill, shingles or the like.
Es resultiert ein homogenes Harzgemisch, dass sich zusammensetzt aus 10 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 80 Gew.-% Polyester I. und 90 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 20 Gew.-% Polyacrylat II. The result is a homogeneous resin mixture, which is composed of 10 to 90 wt .-%, preferably 30 to 80 wt .-%, particularly preferably 60 to 80 wt .-% of polyester I and 90 to 10 wt .-%, preferably 70 to 20 wt .-%, particularly preferably 40 to 20 wt .-% polyacrylate II.
Die erfindungsgemäßen polymermodifizierten Harze werden als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente für Applikationen in Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen und Dicht- und Dämmstoffen eingesetzt und bevorzugt mit Amin-Formaldehydharzen oder Polyisocyanaten vernetzt.The polymer-modified resins according to the invention are used as the main component, base component or additional component for applications in coating materials, adhesives, printing inks and inks, polishes, glazes, pigment pastes, fillers and sealants and insulating materials and preferably crosslinked with amine-formaldehyde resins or polyisocyanates.
Gegenstand der Erfindung ist somit auch die Verwendung der polymeren Zusammensetzung als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente für Applikationen in Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen und Dicht- und Dämmstoffen, bevorzugt mit Polyisocyanaten und/oder Melamin-Formaldehydharzen als Vernetzer, insbesondere mit den unten beschriebenen Vernetzern.The invention thus also relates to the use of the polymeric composition as the main component, base component or additional component for applications in coating materials, adhesives, printing inks and inks, polishes, glazes, pigment pastes, fillers and sealants and insulating materials, preferably with polyisocyanates and / or melamine-formaldehyde resins as a crosslinker, in particular with the crosslinkers described below.
Als Vernetzer können beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische und/oder aromatische Isocyanate und/oder Isocyanurate, wie z. B. Cyclohexandiisocyanat, Methylcyclohexandiisocyanat, Ethylcyclohexandiisocyanat, Propylcyclohexandiisocyanat, Methyldiethylcyclohexandiisocyanat, Bis(isocyanatophenyl)methan, Propandiisocyanat, Butandiidocyanat, Pentandiisocyanat, Hexandiisocyanat, wie Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder 1,5-Diisocyanato-2-methylpentan (MPDI), Heptandiisocyanat, Octandiisocyanat, Nonandiisocyanat, wie 1,6-Diisocyanato-2,4,4-trimethylhexan oder 1,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethylhexan (TMDI), Diisocyanatotoluol (TDI), 4,4'-Methylenbis(phenylisocyanat) (MDI), Nonantriisocyanat, wie 4-Isocyanatomethyl-1,8-octandiisocyanat (TIN), Decandi- und -triisocyanat, Undecandi- und -triisocyanat, Dodecandi- und -triisocyanate, Isophorondiisocyanat (IPDI), Bis(isocyanatomethylcyclohexyl)methan (H12MDI), Isocyanatomethylmethylcyclohexylisocyanat, 2,5(2,6)-Bis(isocyanatomethyl)bicyclo[2.2.1]heptan (NBDI), 1,3-Bis(isocyanatomethyl)-cyclohexan (1,3-H6-XDI) oder 1,4-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (1,4-H6-XDI), oder deren Isocyanurate soweit zugänglich, allein oder in Mischungen verwendet werden.As crosslinkers, for example, aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic and / or aromatic isocyanates and / or isocyanurates, such as. For example, cyclohexane diisocyanate, methylcyclohexane diisocyanate, ethylcyclohexane diisocyanate, propylcyclohexane diisocyanate, methyldiethylcyclohexane diisocyanate, bis (isocyanatophenyl) methane, propane diisocyanate, butane diisocyanate, pentane diisocyanate, hexane diisocyanate such as hexamethylene diisocyanate (HDI) or 1,5-diisocyanato-2-methylpentane (MPDI), heptane diisocyanate, octane diisocyanate, nonane diisocyanate such as 1,6-diisocyanato-2,4,4-trimethylhexane or 1,6-diisocyanato-2,2,4-trimethylhexane (TMDI), diisocyanatotoluene (TDI), 4,4'-methylenebis (phenylisocyanate) (MDI) , Nonanetriisocyanate, such as 4-isocyanatomethyl-1,8-octane diisocyanate (TIN), decandi and triisocyanate, undecanediisocyanate and triisocyanate, dodecandi- and triisocyanates, isophorone diisocyanate (IPDI), bis (isocyanatomethylcyclohexyl) methane (H 12 MDI) , Isocyanatomethylmethylcyclohexylisocyanate, 2,5 (2,6) -bis (isocyanatomethyl) bicyclo [2.2.1] heptane (NBDI), 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane (1,3-H 6 -XDI) or 1, 4-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane (1,4-H 6 -XDI), or d Isocyanurates as far as accessible, be used alone or in mixtures.
Beispiel 1:Example 1:
Das Polyacrylat wird aus einer Mischung, bestehend aus 27,4 Gew.-% 2-Hydroxyethylmethacrylat, 9,1 Gew.-% Butylmethacrylat und 63,5 Gew.-% Methylmethacrylat hergestellt.The polyacrylate is prepared from a mixture consisting of 27.4% by weight of 2-hydroxyethyl methacrylate, 9.1% by weight of butyl methacrylate and 63.5% by weight of methyl methacrylate.
Die Reaktion findet im aufgeschmolzenen, kristallinen Polyester DYNACOLL 7390 (Degussa AG, Hydroxylzahl ca. 30 mg KOH/g, Säurezahl < 3 mg KOH/g, Erweichungspunkt ca. 118°C) statt. An der Gesamtrezeptur beträgt der DYNACOLL 7390-Anteil 69,3 Gew.-%. Der Polyester wird als grobes Pulver in das erste Gehäuse eines gleichläufigen Zweischneckenextruders in einer Menge von 5,2 kg/h eingespeist. Der Extruder besitzt separat temperierbare Gehäuse (heizbar und kühlbar). Gehäuse 1 wird auf 15 bis 30°C, Gehäuse 2 auf 80 bis 120°C und die folgenden Gehäuse auf 120 bis 160°C temperiert. Die Acrylat-Mischung wird bei einer Zulauftemperatur von 15 bis 40°C in Gehäuse 2 mit einer Durchsatzmenge von 2,22 kg/h dosiert. Gleichzeitig werden in das gleiche Gehäuse 4,0 Gew.-% (bezogen auf Acrylat) tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat zur Einleitung der radikalischen Polymerisation zugegeben.The reaction takes place in the molten, crystalline polyester DYNACOLL 7390 (Degussa AG, hydroxyl number about 30 mg KOH / g, acid number <3 mg KOH / g, softening point about 118 ° C) instead. The total formulation of the DYNACOLL 7390 portion is 69.3% by weight. The polyester is fed as a coarse powder into the first housing of a co-rotating twin-screw extruder in an amount of 5.2 kg / h. The extruder has separately temperature-controlled housings (heatable and coolable). Housing 1 is heated to 15 to 30 ° C, housing 2 to 80 to 120 ° C and the following housing at 120 to 160 ° C. The acrylate mixture is metered at a feed temperature of 15 to 40 ° C in housing 2 with a flow rate of 2.22 kg / h. At the same time, 4.0% by weight (based on acrylate) of tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate are added to initiate the free-radical polymerization in the same housing.
Die Austrittstemperatur liegt zwischen 100 und 135°C. Der Gesamt-Durchsatz liegt bei 7,5 kg/h. Verweilzeit: ca. 3 min. Die Extruderdrehzahl liegt bei 50 bis 200 UPM. Das Produkt tritt als viskose, transparente Schmelze aus, die auf einem Kühlband abgekühlt und ausgehärtet und gebrochen wird. Das Produkt wird als farblose, trübe Chips erhalten.The outlet temperature is between 100 and 135 ° C. The total throughput is 7.5 kg / h. Residence time: approx. 3 min. The extruder speed is 50 to 200 rpm. The product exits as a viscous, transparent melt, which is cooled on a cooling belt and cured and broken. The product is obtained as colorless, cloudy chips.
Herstellung von Pulverlacken:Production of powder coatings:
Als Vergleich diente ein Pulverlack, der den reinen Polyester DYNACOLL 7390 enthält.
Applikation auf unbehandeltem Stahl Application on untreated steel
- Härtungsbedingungen: 12 min, 200°C, Schichtdicke 60 bis 80 μmCuring conditions: 12 min, 200 ° C, layer thickness 60 to 80 μm
Beispiel 2:Example 2:
Das Polyacrylat wird aus einer Mischung bestehend aus 36,7 Gew.-% 2-Hydroxyethylmethacrylat, 8,4 Gew.-% Butylmethacrylat und 54,9 Gew.-% Methylmethacrylat hergestellt. Die Reaktion findet im aufgeschmolzenen, amorphen Polyester CRYLCOAT 690 (UCB Chemicals) statt. An der Gesamtrezeptur beträgt der CRYLCOAT 690-Anteil 69,3 Gew.-%. Der Polyester wird als grobes Pulver in das erste Gehäuse eines gleichläufigen Zweischneckenextruders in einer Menge von 3,46 kg/h eingespeist. Der Extruder besitzt separat temperierbare Gehäuse (heizbar und kühlbar). Gehäuse 1 wird auf 15 bis 30°C, Gehäuse 2 auf 80 bis 120°C und die folgenden Gehäuse auf 110 bis 160°C temperiert. Die Acrylatmonomer-Mischung wird bei einer Zulauftemperatur von 15 bis 40°C in Gehäuse 2 mit einer Durchsatzmenge von 1,48 kg/h dosiert. Gleichzeitig werden in das gleiche Gehäuse 4,0 Gew.-% (bezogen auf Acrylat) tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat zur Einleitung der freien radikalischen Polymerisation zugegeben.The polyacrylate is prepared from a mixture consisting of 36.7% by weight of 2-hydroxyethyl methacrylate, 8.4% by weight of butyl methacrylate and 54.9% by weight of methyl methacrylate. The reaction takes place in the melted, amorphous polyester CRYLCOAT 690 (UCB Chemicals). The total formulation of the CRYLCOAT 690 portion is 69.3% by weight. The polyester is fed as a coarse powder into the first housing of a co-rotating twin-screw extruder in an amount of 3.46 kg / h. The extruder has separately temperature-controlled housings (heatable and coolable). Housing 1 is heated to 15 to 30 ° C, housing 2 to 80 to 120 ° C and the following housing at 110 to 160 ° C. The acrylate monomer mixture is metered at a feed temperature of 15 to 40 ° C in housing 2 with a flow rate of 1.48 kg / h. At the same time, 4.0% by weight (based on acrylate) of tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate is added to initiate the free-radical polymerization in the same housing.
Die Austrittstemperatur liegt zwischen 120 und 140°C. Der Gesamt-Durchsatz liegt bei 5,00 kg/h. Verweilzeit: ca. 4 min. Die Extruderdrehzahl liegt bei 50 bis 200 UPM. Das Produkt tritt als viskose, weiße Schmelze aus, die auf einem Kühlwalzenstuhl abgekühlt und ausgehärtet wird.
Tg = 46°C (Heizrate 10°C/min)
Mn = 5.900 g/mol; Mw = 29.700 g/mol (GPC, gegen Polystyrol als Standard)The outlet temperature is between 120 and 140 ° C. The total throughput is 5.00 kg / h. Residence time: approx. 4 min. The extruder speed is 50 to 200 rpm. The product exits as a viscous white melt which is cooled and cured on a chill roll mill.
T g = 46 ° C (heating rate 10 ° C / min)
M n = 5,900 g / mol; M w = 29,700 g / mol (GPC, against polystyrene as standard)
Herstellung von Pulverlacken:Production of powder coatings:
Als Vergleich diente ein Pulverlack, der den reinen Polyester Crylcoat 690 enthält.
Applikation auf unbehandeltem StahlApplication on untreated steel
- Härtungsbedingungen: 12 min, 200°C, Schichtdicke < 65 μmCuring conditions: 12 min, 200 ° C, layer thickness <65 μm
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