DE2338256A1 - Aus zwei komponenten bestehende polymerbildende massen - Google Patents
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Description
DIPL.-ING. HANS W. GROENING
DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN 2338256
PATENTANWÄLTE
27. Juli 1973/Sm
S/W 1.5-14
Witco Chemical Corporation
277 Park Avenue
New York, N.Y. 10017 / USA
New York, N.Y. 10017 / USA
Aus zwei Komponenten bestehende polymerbildende Massen
Die Erfindung betrifft aus zwei Komponenten bestehende polymerbildende
Massen, wobei eine Komponente ein A^in-tesminierte Polyätherurethanharnstoff und die zweite Komponente ein Epoxid
ist, und wobei sich diese Komponenten in einem geeigneten Lösungsmittel befinden. Das Epoxid wird einer Lösung eines
Amin-terminierten Polyätherurethanharnstoffs zur Erzeugung eines gehärteten Polyätherurethanharnstoff-Systems zugesetzt,
aus welchem überzüge. Filme oder Klebstoffe mit verbesserter
hydrolytischer Widerstandsfähigkeit sowie verbesserten physikalischen Eigenschaften hergestellt werden können.
Das Härten eines Polyamins mit einem Epoxid und umgekehrt ist bekannt. Diese Technologie findet beispielsweise ihren Niederschlag
in den US-PS 2 500 600, 2 82g 984, 2 880 194, 3 374 und 3 496 138.
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In der US-PS 3 510 439 wird ein Polyurethanvorpolymeres beschrieben,
das durch eine Umsetzung zwischen Toluoldiisocyanat und einem Polyalkylenäther oder -esterglykol hergestellt wird
und sich durch einen Isocyanatgehalt von 4 bis 10 % auszeichnet, wobei diesem Material mit einem flüssigen Epoxyharz mit
niedrigem Molekulargewicht, einem festen primären Diamin oder Naphthenat-, Tallat- oder Octoatsalz von Mangan, Zink, Eisen
oder Blei kondensiert und durch Erwärmen gehärtet ist. Die US-PS 3 565 972 beschreibt eine hochfeste Klebeformulierung,
die entweder in einer aus einem Teil oder aus vielen Teilen bestehenden Masse verwendet werden kann. In beiden Fällen enthält
die Formulierung ein Polyurethanvorpolymeres, das durch die Reaktion von TDI mit einem Polyalkylenätherglykol, einem flüssigen
Epoxyharz mit niedrigem Molekulargewicht, das auf Bisphenol A und Epichlorhydrin zurückgeht, einem latent festen primären
Diamin sowie einer kleinen, jedoch wirksamen Menge eines Komplexes aus einer Lewissäure und einem Amin gebildet worden ist.
Die US-PS 3 384 679 beschreibt ein Produkt, das in der Weise hergestellt wird, daß ein thermoplastischer Polyester oder ein
Polyätherurethan mit einem thermoplastischen Copolymeren von Bisphenol A und Epichlorhydrin vermischt wird. Die in dieser
Patentschrift beschriebenen Polyurethane sind nicht Amin-terminiert und werden in der Weise hergestellt, daß das thermoplastische
Polyurethan mit einem thermoplastischen Copolymeren von Bisphenol A und Epichlorhydrin vermischt wird.
Es war bisher jedoch noch kein Zweikomponentensystem zur Herstellung
von ausgezeichneten überzügen, Filmen, Klebstoffen und dgl. bekannt.
Durch die Erfindung werden Zweikomponentensysteme zur Verfügung gestellt, die einen Amin-terminierten Polyätherurethanharnstoff
und ein Epoxid, auf das nachstehend noch näher eingegangen wird, aufweisen, wobei diese Systeme zur Herstellung
von Filmen, überzügen, Klebstoffen oder dergleichen mit verbesserten
Eigenschaften verwendet werden.
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Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem besonderen Isocyanat-terminierten Polyurethanvorpolymeren, das mit einem
Überschuß an- Diamin kettenverlängert ist und vorzugsweise mit einer kleinen Menge eines Monoamins kombiniert ist und sich in
üblichen organischen Lösungsmitteln befindet, beispielsweise de η bekannten Lacklösungsmitteln, die vorzugsweise einen einwertigen
Alkohol enthalten, und mit einem Epoxid gehärtet wird, vorzugsweise einem Polyepoxid, und zwar unmittelbar vor der Verwendung,
wie nachstehend noch näher erläutert werden wird.
Das Isocyanat-terminierte Vorpolymere wird in üblicher Weise
aus einem difunktionellen Polyalkylenätherglykol und einem Diisocyanat hergestellt. Der Glykoläther kann aus Poly(oxytetramethylen)glykol,
Poly(oxyäthylen)glykol, Poly(oxypropylen)-glykol
oder dgl. sowie Polyäthern, hergestellt aus Mischungen aus Epoxiden, d. h. Mischungen aus zwei oder mehreren Verbindungen,
wie Äthylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid, Epichlorhydrin oder dgl., Copolymeren aus diesen Verbindungen sowie Mischungen aus diesen
Verbindungen bestehen. Das Isocyanat kann aliphatisch, cycloaliphatisch oder aromatisch sein, beispielsweise kann es sich
um Hexamethylendiisocyanat, Methylen-bis-(cyclohexylisocyanat), Toluoldiisocyanat und dgl. handeln. Derartige Vorpolymere sind
in den vorstehend angegebenen Literaturstellen erwähnt und brauchen nicht näher erläutert werden.
Das vorstehende Vorpolymere wird mit einem Überschuß eines Diamins, vorzugsweise eines cycloaliphatischen Diamins, umgesetzt
, wobei 3-Aminomethyl-3,5,5-trimethy!cyclohexylamine,
1,8-Diamino-p-menthan und Hexahydropyrazin besonders bevorzugt
werden. Wenn auch andere aliphatische verzweigtkettio oder cyclische Diamine verwendet werden können, so werden dennoch
die besten Ergebnisse unter Verwendung der vorstehend angegebenen cycloaliphatischen Diamine erhalten. Aromatische Diamine
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sind erfindungsgemäß ebenfalls einsetzbar, infolge einer Verfärbung
durch den aromatischen Anteil werden sie jedoch nicht bevorzugt. Unter "einsetzbar" ist zu verstehen, daß die fertigen
Filme, die aus der erfindungsgemäßen Zweikomponentenlösung erhalten werden, eine verbesserte hydrolytische Stabilität besitzen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Amine zeichnen sich, wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, dadurch aus,
daß wenigstens ein aktiver Wasserstoff in jeder Amingruppe vorliegt.
Zur Durchführung der Erfindung in der Praxis wird das Isocyanat-terminierte
Vorpolymere mit einem Überschuß des Diamins unter Bildung des Polyätherurethanharnstoffes reagieren gelassen,
indem das Vorpolymere einer Lösung des Diamins in einem Lösungsmittel zugesetzt wird, beispielsweise Toluol, Methyläthylketon,
Dimethylformamid oder einem anderen organischen Lösungs*-
mittel, vorzugsweise einem üblichen Lacklösungsmittel, das vorzugsweise
eine bestimmte Menge eines C.-C,--einwertigen Alkohols
enthält, wie beispielsweise Methanol, Äthanol, Isopropanol etc. Die Menge des eingesetzten Alkohols kann nur 5 % oder weniger
betragen und bis zu 100 % des eingesetzten Lösungsmittels ausmachen, d. h. das Lösungsmittelsystem kann ein einwertiger Alkohol
sein und vorzugsweise aus Isopropanol bestehen, da diese Verbindung leicht verfügbar, wenig toxisch und leicht verdampfbar
ist.
Erfindungsgemäß i-st es vorzuziehen, eine entsprechend ausgeglichene
Polymerlösung zur Herstellung von verbesserten Filmen und überzügen herzustellen, beispielsweise in der Weise, daß
ein Monoamin mit dem Überschuß an Diamin zugesetzt wird, um mit dem Vorpolymeren zu reagieren, und zwar in Mengen von bis zu
ungefähr 25 % der Äquivalente, bezogen auf das gesamte, eingesetzte Amin. Das Monoamin ist vorzugsweise ein Alkylamin,wie
beispielsweise Methylamin, Äthylamin, Cyclohexylamin, Diäthylamin,
Diisopropylamin oder dgl., oder ein Alkanolamin, wie z. B. Äthanolamin, Diäthanolamin, Isopropanolarain oder dgl. Warum die
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Zugabe einer kleineren Menge eines Monoamins zur Herstellung
des Amin-terminierten Polyätherurethanharnstoffs günstig ist,
ist noch nicht vollständig aufgeklärt worden, Tatsache ist jedoch, daß eine günstige Wirkung erzielt wird, so daß diese
Zugabe eine bevorzugte Ausfuhrungsform darstellt.
Erfindungsgemäß können Amin-terminierte Polyätherurethanharnstof f lösungen mit praktisch jeder Viskosität verwendet werden,
und zwar je nach dem Endverwendungszweck des Polymeren sowie im Hinblick auf praktische Erwägungen. Gute Ergebnisse werden
beispielsweise unter Verwendung von Polyätherurethanharnstofflösungen
mit einer Viskosität zwischen ungefähr 7000 und 15000 cps zur Herstellung von Filmen und Überzügen 'erzielt. Lösungen
mit geringerer Viskosität von nur ungefähr 200 cps oder sogar noch weniger sind ebenfalls einsetzbar, jedoch nicht bevorzugt.
Werden Dichtungsmassen hergestellt, dann kann die Viskosität 400 000 cps oder noch mehr betragen. Vorzugsweise wird natürlich
die geringstmögliche Menge an Lösungsmittel verwendet, so daß so wenig wie möglich Lösungsmittel beim Härten verdampft
werden muß. '
Der Amin-terminierte Polyätherurethanharnstoff in Lösung, der
ein hohes Molekulargewicht besitzt, ist in vorteilhafter Weise bei Umgebungstemperaturen stabil und kann bis zur Verwendung
gelagert werden. Vor der Verwendung wird diese Lösung mit einem Epoxid behandelt, beispielsweise dem Diglycidylather von ρ,ρ1-Isopropylidendiphenol
und dem Diglycidylather des entsprechenden SuIfons oder einem Polyepoxid eines anderen bekannten Phenol/
Formaldehyd-Harzes, 1,2,3-tris(2,3—Epoxypropoxy)propan oder
dgl., so daß auf diese Weise der Amin-terminierte Polyätherurethanharnstoff kettenverlängert und damit das Molekulargewicht
vergrößert wird. Monoepoxide, wie z. B. Butylglycidylather, können
erfindungsgemäß eingesetzt werden und bieten einenVorteil
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bei der Herstellung von Polymeren mit niederem Molekulargewicht, da jedoch Polymere mit höheren Molekulargewichten gewünscht werden,
werden die Di- und Triepoxide, wie beispielsweise der Triglycidyläther von Phenol/Formaldehydharz, der Diglycidyläther
von p,p'-Isopropylidendiphenol sowie der Triglycidyläther von Glycerin bevorzugt. Diese Reaktion verläuft bei Umgebungstemperaturen
langsam und bei erhöhten Temperaturen ziemlich schnell. Der erhaltene Film oder überzug wird beispielsweise während einer
Zeitspanne von einigen Tagen zur Gewährleistung eines entsprechenden Aushärtens gealtert.
Wenn auch die erfindungsgemäße Zweikomponentenmasse in organischen
Lösungsmitteln hergestellt und als solche zur Herstellung von Filmen, Überzügen oder dgl. verwendet wird, so kann dennoch
die organische Lösungsmittellösung auch mit Wasser vor der Verwendung vermischt und emulgiert werden.
Die folgenden Beispiele erläutern spezifische Ausführungsformen der Erfindung, ohne sie zu beschränken. Gemäß aller
Beispiele können die Formulierungen Additive enthalten, beispielsweise Antioxidationsmittel und UV-Filter. Im allgemeinen
wird die Zugabe derartiger Mittel bevorzugt. Die Mengenverhältnisse beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf eine
Gewichts/Gewichts-Basis.
Die Erfindung umfaßt nur Polyätherurethanharnstoffe und nicht
Polyester.
1000 Teile Poly(1,2-oxypropylen)glykol mit einer Hydroxylzahl
von 140 werden bei 100 0C während einer Zeitspanne von 1 Stunde
bei 2 mm Hg dehydratisiert und dann bei ungefähr 100 0C während
einer Zeitspanne von 2 Stunden mit 380 Teilen Tolylendiisocyanat (80 % des 2,4- und 20 % des 2,6-Isomeren) reagieren gelassen.
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Das Vorpolymere besitzt einen freien NCO-Wert von 5,7. Es
wird soviel Toluol zugesetzt, um eine Lösung herzustellen, die ungefähr 75 % Vorpolymeres und 25 % Lösunasmittel enthält.
Unter gutem Vermischen wird diese Vorpolymerenlösung einer Lösung von 3-Aminomethyl-3,5,5,-trimethylcyclohexylamin
und Diäthylamin in einer 70/30-Mischung aus Toluol und Isopropanol zugesetzt. Im Bezug auf die Äquivalente beträgt
die Diaminmenge 110 % und die Monoaminmenge 5 %, bezogen auf die verfügbaren NCO-Gruppen. Die fertige Lösung besitzt einen
Gesamtfeststoffgehalt von 35 %. Zu 100 Teilen dieser Lösuna
werden 0,95 Teile eines epoxylierten Phenol/Formaldehyd-Harzes mit einer Funktionalität von 3,8 zugesetzt, was ungefähr 110 %
des verfügbaren Amins, ausgedrückt als Äquivalente, entspricht. Ein Film wird auf einem Silikonpapier unter Anwendung von Standardüberziehungsmethoden
gezogen und gehärtet. Dieser Film wird während einer Zeitspanne von 3 bis 6 Tagen gealtert. Der fertige
Film besitzt eine gute UV-Stabilität sowie eine ausgezeichnete hydrolytische Stabilität und eine gute Abriebbeständigkeit und
sehr gute Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften.
1000 Teile Poly(1,2-oxypropylen)glykol mit einer Hydroxylzahl
von 56 werden bei 120 C während einer Zeitspanne von 1 Stunde bei 4 mitiHg dehydratisiert und dann bei 100 0C während einer
Zeitspanne von 4 Stunden mit 137 Teilen 2,4-Tolylendiisocyanat
zur Gewinnung eines Vorpolymeren mit einem freien NCO-Wert von 2,1 reagieren gelassen. Toluol wird zugesetzt, um eine Lösung
herzustellen, die 90 % Feststoffe enthält. Unter gutem Vermischen wird diese Vorpolymerlösung einer Lösung eines Über7--Schusses
an 3-Aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylamin und
Monobutylamin in einer Lösungsmittelmischung aus 90 % Isopropanol und 10 % Toluol zugesetzt. Das Diamin liegt in einer Menge
von 104 % und das Monoamin in einer Menge von 3 % der verfügbaren NCO-Gruppen, bezogen auf Äquivalente, vor. Die fertige
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Lösung besitzt einen Gesamtfeststoffgehalt von 40 %. Zu 100 Teilen
dieser Lösung werden 0,38 Teile eines Epokyharzes des
ρ,ρ-Isopropylidendiphenol/Epichlorhydrin-Typs mit einem Epoxyäquivalentgewicht
von ungefähr 190 zugesetzt, was ungefähr 140 % des verfügbaren Amins, bezogen auf die Äquivalente, entspricht.
Der vergossene Film besitzt nach einem Trocknen und Altern während einer Zeitspanne von 3 bis 6 Tagen eine gute
UV-Stabilität sowie eine ausgezeichnete hydrolytische Stabilität und gute physikalische Eigenschaften (vergl. Beispiel 1).
1000 Teile Polyoxytetramethylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 140 werden bei 1OO 0C während einer Zeitspanne von 1 Stunde
bei 1 mmHg dehydratisiert und dann bei 1000C während einer Zeitspanne
von 2 Stunden mit 38Ο Teilen Tolylendiisocyanat (65 %
des 2,4- und 35 % des 2,6-Isomeren) reagieren gelassen. Das
Vorpolymere besitzt einen freien NCO-Wert von 5,6. Es wird soviel Toluol zugesetzt, um eine 75 %ige Lösung des Vorpolymeren
zi erzeugen. Unter gutem Vermischen wird diese Vorpolymerlösung
einer Lösung von 1,8 Diamino-p-menthan und Dihutylamin in einer 50/30/20-Mischung aus Methyläthylketon, Toluol und Isopropanol
zugesetzt. Das Diamin liegt in einer Menge von 108 % und das Monoamin in einer Menge von 4 % der verfügbaren
NCO-Gruppen, bezogen auf die Äquivalente, vor. Die fertige Lösung besitzt einen Gesamtfeststoffgehalt von ungefähr 35 %.
Dieser Lösung wird ein Diglycidyläther von ρ,ρ-Isopropylidendiphenol
mit einem Epoxyäquivalent von ungefähr 175 in einer Menge zugesetzt, die gerade den verfügbaren Amingruppen äquivalent
ist. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels wird ein ausgezeichnetes Polymeres erhalten, das eine sehr gute hydrolytische
Stabilität sowie gute physikalische Eigenschaften besitzt und sich nur leicht nach einer Behandlung in einem Altas-Weatherometer
bei einer Temperatur von 6 3 0C (145 0F) sowie bei
einer relativen Feuchtigkeit von 65 % während einer Zeitspanne von 200 Stunden verfärbt.
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1000 g Poly(oxyäthylen)glykol mit einer Hydroxylzahl von 140
werden bei 110 0C während einer Zeitspanne von 2 Stunden bei
10 mralig dehydratisiert und dann während einer Zeitspanne von
2 Stunden bei 100 0C mit 45Og Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat
umgesetzt. Das Vorpolymere besitzt einen freien NCO-Wert von 3,2. Es wird soviel Toluol zugesetzt, um eine 90 %ige Lösung
des Vorpolymeren herzustellen. Unter gutem Vermischen wird dieses Vorpolymere einer Lösung von 3-Aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylamin
und Äthanolamin in einer 10/90-Mischung aus Toluol und Isopropanol zugesetzt. Das Diamin liegt in einer Menge von
104 % und das Monoamin in einer Menge von 3 % .der verfügbaren
NCO-Gruppen, bezogen auf die Äquivalente, vor. Der Gesamtfeststoffgehalt beträgt 40 %. Zu 100 Teilen dieses Lackes werden
0,55 g eines'epoxylierten Phenol/Formaldehyd-Harzes mit einer Epoxyfunktionalität von 2,2 zugesetzt, bevor dieser Lack auf
eine Oberfläche aufgebracht wird, wo er einen überzug mit einer ausgezeichneten hydrolytischen Stabilität bildet. Die Epoxyverbindung
stellt ungefähr 140 % des verfügbaren Amins, bezogen auf die Äquivalente, dar.
1000 Teile Poly(1,2-oxypropylen)glykol mit einer Hydroxylzahl
von 112 werden bei 120 0C während einer Zeitspanne von 1 Stunde
bei 1 mm Hg dehydratisiert und dann bei 100 0C während einer
Zeitspanne von 5 Stunden mit 518 Teilen Methylen-bis(cyclohexylisocyanat)
reagieren gelassen. Das Vorpolymere besitzt einen freien NCO-Wert von 5,4. Toluol wird in einer solchen Menge
zugesetzt, daß eine 75 %ige Lösung des Vorpolymeren erhalten
wird. Unter gutem Vermischen wird diese Vorpolymerlösung einer
Lösung von 3-Aminomethy1-3,5,5-trimethylcyclohexylamin und
Diäthylamin in einer 50/5o-Mischung aus Toluol und Isopropanol zugesetzt. Das Diamin liegt in einer Menge von 106 % und das
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Monoamin in einer Menge von 3 % der verfügbaren NCO-Gruppen,
bezogen auf die Äquivalente, vor. Die fertige Lösung besitzt einen Gesamtfeststoffgehalt von ungefähr 35 %. Zu 100 Teilen
dieser Lösung werden 0,7 Teile eines Diglycidyläthers von
ρ,ρ-Isopropylidendiphenol zugesetzt, das eine Funktionalität
von ungefähr 2 besitzt. Die Epoxyverbindung ist ungefähr 120 % des verfügbaren Amins, bezogen auf die Äquivalente,
äquivalent. Ein Film wird auf einem Siliconpapier gezogen und gehärtet, wobei eine Standardüberziehungsmethode angewendet
wird. Nach einem Alternlassen während einer Zeitspanne von 3 bis 6 Tagen besitzt der Film eine ausgezeichnete hydrolytische
Stabilität, eine gute Widerstandsfähigkeit gegen UV-Licht sowie ausgezeichnete physikalische Eigenschaften
(vergl. Beispiel 1).
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Claims (15)
1. Aus zwei Komponenten bestehende polymeibildende Lacklösung,
gekennzeichnet durch
(a) einen Amin-terminierten Polyätherurethanharnstoff,
hergestellt durch Zugabe eines Isocyanat-terminierten Polyalkylenätherdiol-Vorpolymeren zu einem Überschuß
eines Diamins, wobei wenigstens ein aktiver
Wasserstoff in jeder Amingruppe des Diamins vorliegt, in einem organischen Lösungsmittelsystem, und
Wasserstoff in jeder Amingruppe des Diamins vorliegt, in einem organischen Lösungsmittelsystem, und
(b) eine kettenverlängernde Menge eines Polyepoxids.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyepoxid der Diglycidyläther von ρ,ρ1-Isopropylidendiphenol
ist.
3. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyepoxid ein Triglycidyläther eines Phenol/Formaldehyd-Harzes
ist.
4. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyepoxid aus 1,2,3-tris (2,3-Epoxypropoxy)propan besteht.
5. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyätherurethanharnstoff sich von einem cycloaliphatischen
Diamin ableitet.
6. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyätherurethanharnstoff sich von 3-Aminomethyl-3,5,5,-trimethylcyclohexylamin
ableitet.
7. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Polyätherurethanharnstoff sich von 1,8-Diamino-p-menthan
ableitet.
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8. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der PoIyätherurethanharnstoff
sich von Hexahydropyrazin ableitet.
9. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der PoIyätherurethanharnstoff
sich von einem Überschuß eines Diamins ableitet, das bis zu 25 % Äquivalente, bezogen auf das Gesamtamin,
eines aliphatischen Monoamins enthält.
10. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische
Lösungsmittel ein Lacklösungsmittel ist, das mehr als ungefähr 5 % eines C^-C^-einwertigen Alkohols enthält.
11. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische
Lösungsmittel eine Toluol/Isopropanol-Mischung ist.
12. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische
Lösungsmittel im wesentlichen vollständig aus Isopropanol besteht.
13. Verfahren zur Kettenverlängerung eines Amin-terminierten PoIyätherurethanharnstoffs
mit einem Polyepoxid zur Gewinnung einer polymerbildenden Lacklösung, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Isocyanat-terminiertes Polyalkylehätherdiol-Vorpolymeres einen Überschuß eines Diamins in einem organischen Lösungsmittelsystem
zugesetzt wird, wobei wenigstens ein aktives Wasserstoff atom in jeder Amingruppe des Diamins vorliegt, und
eine kettenverlängernde Menge eines Polyepoxids zugegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
verwendete organische Lösungsmittelsystem aus einer Mischung aus Toluol und Isopropanol besteht.
15. Polymeres, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren
. gemäß Anspruch 13 herstellbar ist.
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