DE2559857C2 - Cross-linkable thermosetting copolymer and process for making the same - Google Patents
Cross-linkable thermosetting copolymer and process for making the sameInfo
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Description
R1-CO2-CH = CH-CO2-R2 in der bedeuten:R 1 -CO 2 -CH = CH-CO 2 -R 2 in which:
1010
Rt (a) einen Alkylrest mit 2 bis 6 C-Atomen und einer ω-Hydroxylgruppe;Rt (a) is an alkyl radical with 2 to 6 carbon atoms and one ω-hydroxyl group;
(b) eine 2,3-Dihydroxypropylgruppe oder(b) a 2,3-dihydroxypropyl group or
(c) eine Gruppe der allgemeinen Formel:(c) a group of the general formula:
—K—K
OHOH
2020th
worinwherein
x = 2 oder 3 und x = 2 or 3 and
m — ein Zahlenwert von 1 bis 800 ist; m - is a numerical value from 1 to 800;
R2 einen linearen oder verzweigtkettigen Alkylrest mit 4 bis 12 C-Atomen;R 2 is a linear or branched-chain alkyl radical having 4 to 12 carbon atoms;
3,6 bis 34,8 Gew.-% Butylacrylat oder 2-ÄthyI-hexylacrylat und3.6 to 34.8% by weight of butyl acrylate or 2-ethyl-hexyl acrylate and
zum Rest Styrol. Vinylacetat, Acrylsäure oder Methylmethacrylat in Lösung oder Emulsion in Gegenwart eines freie Radiakle liefernden Katalysators bei erhöhter Temperatur bis 97° C.the remainder styrene. Vinyl acetate, acrylic acid or methyl methacrylate in solution or emulsion in Presence of a catalyst producing free radicals at an elevated temperature of up to 97 ° C.
2.Verfahren zur Herstellung eines Copolymeren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in an sich bekannter Weise in Lösung oder Emulsion in Gegenwart eines freie Radikale liefernden Katalysators bei erhöhter Temperatur bis 97°C polymerisiert:2.Verfahren for the preparation of a copolymer according to claim 1, characterized in that one delivering free radicals in a manner known per se in solution or emulsion in the presence of a free radical Catalyst polymerizes at elevated temperature up to 97 ° C:
(a) 12,8 bis 25 Gew.-% eines Diesters der allgemeinen Formel:(a) 12.8 to 25% by weight of a diester of the general formula:
R1-CO2-CH = CH-CO2-R2 in der bedeuten:R 1 -CO 2 -CH = CH-CO 2 -R 2 in which:
CH1)J-OH CH 1 ) J- OH
Die Erfindung betrifft ein quervernetztbares, wärmehärtbares Copolymer sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a crosslinkable, thermosetting Copolymer and a process for its preparation.
Es ist allgemein bekannt. Maleinsäureanhydrid, Maleinsäure, Fumarsäure sowie Itaconsäure im technischen Maßstab für die Synthese von (a) ungesättigten Polyestern und (b) Monoestern und Diestem von monobasischen Fettalkoholen zu verwenden.It is generally known. Maleic anhydride, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid in the technical Scale for the synthesis of (a) unsaturated polyesters and (b) monoesters and diesters of to use monobasic fatty alcohols.
Die ungesättigten Polyester vom Typ (a) können derart synthetisiert werden, daß sie endständige Hydroxylgruppen aufweisen. Ungesättigte Polyester mit derartigen endständigen Hydroxylgruppen lassen sich mit Acryl- und Vinylmonomeren polymerisieren und des weiteren mit Aminoharzen unter Einwirkung von Wärmequervernetzen. Infolgedessen können aus derartigen Polyestern wärmehärtbare Massen hergestellt werden. Andererseits lassen sich Polyester vom Typ (a) aufgrund ihrere Ungesättigtheit, d.t~ aufgrund des Vorhandenseins von einer Vielzahl von Doppelbindungen pro Molekül, polymerisieren, wobei die Copolymerisation mit anderen Monomeren, z. B. Acrylestern und Vinylacetat zu einer raschen Quervernetzung und Gelierung führt.The type (a) unsaturated polyesters can be synthesized to be terminal Have hydroxyl groups. Leave unsaturated polyesters with such terminal hydroxyl groups polymerize with acrylic and vinyl monomers and furthermore with amino resins under the influence of thermal cross-networks. As a result, thermosetting compositions can be produced from such polyesters will. On the other hand, polyesters of type (a) can be based on their unsaturation, i.e. due to the presence of a large number of double bonds per molecule, polymerize, with the Copolymerization with other monomers, e.g. B. acrylic esters and vinyl acetate to a rapid cross-linking and gelation leads.
Eine Copolymerisation von polym irisierbaren ungesättigten Polyestern des beschriebenen Typs mit anderen ungesättigten Monomeren, z. B. Acrylsäure- und methacrylsäureestern, sowie Vinylacetat, führt demzufolge offensichtlich nicht zu technisch verwendbaren Lösungs- oder Emulsionscopolymeren.A copolymerization of polymeric iridescent unsaturated Polyesters of the type described with other unsaturated monomers, e.g. B. acrylic acid and methacrylic acid esters, as well as vinyl acetate, therefore obviously do not lead to industrially usable ones Solution or emulsion copolymers.
Monoester und Diester vom Typ (b) werden als Comonomere zur Herstellung von Lösungs- und Emulsionscopolymeren verwendet Sie können jedoch nicht dazu verwendet werden, um Hydroxylgruppen in die Copolymeren einzuführen, d. h. um die Copolymeren quervernetzbar zu machen.Monoesters and diesters of type (b) are used as comonomers for the preparation of solution and Emulsion Copolymers Used However, they cannot be used to add hydroxyl groups to introduce the copolymers, d. H. to make the copolymers crosslinkable.
In der Stammanmeldung DE 25 52 634 wird die Synthese von Hydroxylgruppen aufweisenden monoungesättigten Malein- und Fumarsäurediestern beschrieben, mit denen sich die geschilderten Nachteile überwinden lassen. Diese Diester entsprechen der allgemeinen Formel I:The parent application DE 25 52 634 describes the synthesis of monounsaturated monounsaturated groups containing hydroxyl groups Maleic and fumaric acid diesters are described, with which the disadvantages outlined let overcome. These diesters correspond to the general formula I:
R1-CO2-CH=CH-CO2-R2
worin bedeuten:R 1 -CO 2 -CH = CH-CO 2 -R 2
where mean:
(I)(I)
4545
Ri (a) einen Alkylrest mit 2 bis 6 C-Atomen und einer ω-Hydroxylgruppe; eine 2,3- Dihydroxypropylgruppe oder eine Gruppe der allgemeinen Formel:Ri (a) is an alkyl radical with 2 to 6 carbon atoms and an ω-hydroxyl group; a 2,3-dihydroxypropyl group or a group of the general formula:
(a) einen Alkylrest 2 bis 6 C-Atomen und einer ω-Hydroxylgruppe;(a) an alkyl radical with 2 to 6 carbon atoms and an ω-hydroxyl group;
(b) eine 2,3- Dihydroxypropylgruppe oder(b) a 2,3-dihydroxypropyl group or
(c) eine Gruppe der allgemeinen Formel II(c) a group of the general formula II
(Π)(Π)
—K CH2 V O }^-{f CU1)J- OH- K CH 2 VO} ^ - {f CU 1 ) J- OH
5555
worinwherein
π = 2 oder 3, π = 2 or 3,
χ = 2 oder 3 und χ = 2 or 3 and
m = ein Zahlenwert von 1 bis 800 ist; m = a number from 1 to 800;
R2 einen linearen oder verzweigtkettigen Alkylrest mit 4 bis 12 C-Atomen;R 2 is a linear or branched-chain alkyl radical having 4 to 12 carbon atoms;
(b) 3,6 bis 34,8 Gew.-% Butylacrylat oder 2'Äthyl· hexylacfylät Und(b) 3.6 to 34.8% by weight of butyl acrylate or 2'ethyl hexylacfylät And
(c) zum Rest Styrol, Vinylacetat, Acrylsäure oder Methylmethacrylat.(c) the remainder is styrene, vinyl acetate, acrylic acid or methyl methacrylate.
η =2 oder 3 η = 2 or 3
χ =2 oder 3 und χ = 2 or 3 and
m = ein Zahlenwert von 1 bis 800 ist;
R2 einen linearen oder verzweigtkettigen Alkylrest mit 4 bis 12 C-Atomen. m = a number from 1 to 800;
R 2 is a linear or branched-chain alkyl radical with 4 to 12 carbon atoms.
Die eine Hydroxylgruppe aufweisenden ungesättigt ten Diester Werden dadurch hergestellt, daß man Polyöle der Formel R(OH, einen Alkohol der Formel R2OH und Malein- öder Fumarsäure oder ein Anhydrid der Säure in Gegenwart von Toluolsülfonsäure als Katalysator in einem Molverhältnis Von Polyol zu Alkohol zu Säure oder Anhydrid von 1:1,1:1 miteinander umsetzt.The unsaturated diesters containing a hydroxyl group are prepared by adding polyols of the formula R (OH, an alcohol of the formula R 2 OH and maleic or fumaric acid or an anhydride of the acid in the presence of toluene sulfonic acid as a catalyst in a molar ratio of polyol to alcohol to acid or anhydride of 1: 1.1: 1 reacts with one another.
Vorzugsweise wird bei der Herstellung der Verbindungen überschüssiger Alkohol vom Reaktionsprodukt entfernt, nachdem die Veresterung durchgeführt ist, in vorteilhafter Weise durch Destillation.Preferably in the preparation of the compounds excess alcohol removed from the reaction product after the esterification is carried out in advantageously by distillation.
Es wurde überraschend gefunden, daß sich die beschriebenen ungesättigten Diester mit im folgenden näher beschriebenen Monomeren zu Lösungs- und Emulsionscopolymeren mit besonders vorteilhaften physikalischen Eigenschaften, beispielsweise geringer Viskosität und (Umbildenden Eigenschaften (»polymerisieren lassen. Diese Copoiymeren lassen sich mit Aminoharzen quervernetzen, und zwar beispielsweise zu wärmehärtbaren schützenden Überzügen.It has surprisingly been found that the unsaturated diesters described are also found below monomers described in more detail to form solution and emulsion copolymers with particularly advantageous physical properties, for example low viscosity and (reshaping properties (»polymerize permit. These copolymers can be crosslinked with amino resins, for example to thermosetting protective coatings.
Gegenstand der Erfindung sind ein quervernetzbares, wärmehärtbares Copolymer und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Ansprüchen.The invention relates to a crosslinkable, thermosetting copolymer and a method for its manufacture according to the claims.
Die zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Copoiymeren verwendeten Diester der angegebenen allgemeinen Formel I sind nicht mit den aus den DE-OS 14 68 704 und 15 68 883 bekannten mischpolymerisicrbaren Monomeu ί verwechselbar, zu deren Herstellung Epoxidverbindungen verwendet werdenThe diesters of the general given values used for the preparation of a copolymer according to the invention Formula I are not copolymerizable with those known from DE-OS 14 68 704 and 15 68 883 Monomeu ί confusingly, for the production of which epoxy compounds are used
Die Herstellung der zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Copoiymeren benötigten Diester der allgemeinen Formel I wird im Stammpatent näher beschrieben.The preparation of the general diesters required for the preparation of a copolymer according to the invention Formula I is described in more detail in the parent patent.
Die Diester lassen sich beispielsweise mit den in den Ansprüchen angegebenen Alkylacrylaten, Methylmethacrylat. Styrol und Vinylacetat in Propanol und 2-ButoxyäthanoI in Gegenwart von z. B. Butylperoctoat oder Benzoylperoxid bei Temperaturen von 92 bis 97° C copolymerisieren. Die erhaltenen Copolymerisationsprodukte enthalten 70 bis 75% Polymer mit Viskositäten von 9000 bis 20 000 cps, die in Gegenwart von Aminoharzen quervernetzbai und wärmehärtbar sind. Die beschriebenen Monomeren sine des weiteren mit Vinylacetat, Styrol, den angegebenen Alkylacrylaten und Methylmethacrylat in wäßriger Phase mit einem Gehalt an einer oberflächenaktiven Verbindung bei 60 bis 75° C copolymerisierbar. Die dabei anfallenden Produkte enthalten 44 bis 55% Polymer mit Viskositäten von 500 bis 2000 cps. Auch diese Emulsionscopolymeren sind in Gegenwart von Aminosäuren quervernetzbar und wärmehärtbar.The diesters can be prepared, for example, with the alkyl acrylates and methyl methacrylate specified in the claims. Styrene and vinyl acetate in propanol and 2-ButoxyäthanoI in the presence of z. B. butyl peroctoate or copolymerize benzoyl peroxide at temperatures from 92 to 97 ° C. The copolymerization products obtained contain 70 to 75% polymer with viscosities of 9,000 to 20,000 cps in the presence of Amino resins are crosslinkable and thermosetting. The monomers described are also included Vinyl acetate, styrene, the specified alkyl acrylates and methyl methacrylate in the aqueous phase with a Content of a surface-active compound is copolymerizable at 60 to 75 ° C. The resulting Products contain 44 to 55% polymer with viscosities from 500 to 2000 cps. These emulsion copolymers too are crosslinkable and thermosetting in the presence of amino acids.
Die in den Beispielen angegebenen Teile und Prozentsätze beziehen sich jeweils auf Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente.The parts and percentages given in the examples relate to parts by weight or percentages by weight.
I. Herstellung der copolymerisierbaren DiesterI. Preparation of the copolymerizable diesters
A) Ein zylindrischer Reaktor mit rundem Boden, ausgerüstet mit einer Kolonne und einem Kondensator zur Kondensation von Glykol, einem Fettalkohol-Was ser-Separator. Rührer und Thermometer wurde mit den folgenden Komponenten beschickt:A) A cylindrical round bottom reactor equipped with a column and a condenser for the condensation of glycol, a fatty alcohol water ser separator. The stirrer and thermometer were loaded with the following components:
Maleinsäureanhydrid 588 g 6.0 MoleMaleic Anhydride 588 grams 6.0 moles
Isobutanol 590 g 6,6 MoleIsobutanol 590 grams 6.6 moles
Athylenglykol 372 g 6,0MoIeEthylene glycol 372 g 6.0 mol
p-Toluolsulfonsäure 3 gp-toluenesulfonic acid 3 g
Wasser 5 gWater 5 g
Die Reaktionskomponenten wurden auf eine Temperatur von 1058C erhitzt. Durch Einsetzen einer stark exothermen Reaktion stieg die ReäktionslemperatUr innerhalb von 30 Minuten auf 120°C. Sobald die exotherme Reaktion einsetzte, wurde die Temperatur auf 135 bis 1400C erhöht. Der größte Teil der Veresterung erfolgte bei 1400C. Während dieser Zeitspanne wurden 75 g Wasser aufgefangen. Dann wurde die Temperatur auf 165 bis 17O0C erhöht. Während dieser Zeitspanne wurden nochmals 2| g Wasser aufgefangen. Dann wurden 45 g Isobutanol abdestilliert. Während dieser letzten Zeitspanne fiel die Säurezahl auf 8.The reaction components were heated to a temperature of 105 8 C. As a result of the onset of a strongly exothermic reaction, the reaction temperature rose to 120 ° C within 30 minutes. As soon as the exothermic reaction started, the temperature was increased to 135 to 140 ° C. Most of the esterification took place at 140 ° C. During this period, 75 g of water were collected. Then, the temperature was raised to 165 to 17O 0 C. During this period another 2 | g of water collected. Then 45 g of isobutanol were distilled off. During this final period the acid number dropped to 8.
Die Analyse des erhaltenen Produktes ergab:The analysis of the product obtained showed:
B) Ein zylindrischer Reaktor, wie unter A) beschrieben, wurde mit folgenden Komponenten beschickt:B) A cylindrical reactor, as described under A), was charged with the following components:
Maleinsäureanhydrid
n-ButanolMaleic anhydride
n-butanol
AthylenglykolEthylene glycol
p-Toluolsulfonsäurep-toluenesulfonic acid
Wasserwater
588 g 6,0 Mo'e
590 g 6,6 Mole
372 g 6,0 Mole588 grams of 6.0 Mo'e
590 grams 6.6 moles
372 grams of 6.0 moles
3g3g
5g5g
Die Reaktionskoinponenten wurden auf 105° C erhitzt. Durch Einsetzen einer stark exothermen Reaktion stieg die Reaktionstemperatur innerhalb von 30 Minuten auf 12P1C an. Sobald die exotherme Reaktion stattgefunden hatte, wurde die Temperatur auf 135 bis 1400C erhitzt Der größte Teil der Veresterung erfolgte bei 14O0C. Während dieser Zeitspanne wurden 75 g Wasser aufgefangen. Die Temperatur wurde dann auf 165 bis 1700C erhöht. Während dieser Zeitspanne wurden weitere 21 g Wasser aufgefangen. Dann wurden 45 g n-Butanol abdestilliert. Während dieser letzten Zeitspanne fiel die Säurezahl auf 8.The reaction components were heated to 105 ° C. As a result of the onset of a strongly exothermic reaction, the reaction temperature rose to 12P 1 C within 30 minutes. Once the exothermic reaction had occurred, the temperature was 135 to 140 0 C heated Most of the esterification was carried out at 14O 0 C. During this period, 75 g of water were collected. The temperature was then increased to 165 to 170 0 C. During this time an additional 21 grams of water was collected. Then 45 g of n-butanol were distilled off. During this final period the acid number dropped to 8.
Die Analyse des erhaltenen Reaktionsproduktes führte zu folgenden Ergebnissen:The analysis of the reaction product obtained led to the following results:
Säurezahl 8Acid number 8
Hydroxylzahl 230Hydroxyl number 230
Viskosität 120 cpsViscosity 120 cps
2-HydroxyäthylisobutyIestergehalt 82%2-hydroxyethyl isobutyl ester content 82%
andere Ester 15%
freies n-Butanol 3%other esters 15%
free n-butanol 3%
C) In einer Vorrichtung wie unter A) beschrieben, wurden in einem weiteren Versuch die folgenden Komponenten miteinander umgesetzt:C) In a device as described under A), the following were carried out in a further experiment Components implemented with each other:
D) In einer Vorrichtung wie unter A) beschrieben
wurden miteinander umgesetzt;D) In a device as described under A)
were implemented together;
Maleinsäureanhydrid 588 g 6,0 MoleMaleic anhydride 588 grams 6.0 moles
1,2-Propylenglykol 456 g 6,0MoIe1,2-propylene glycol 456 g 6.0 mol
Isobutano! 490 g 6,6 MoleIsobutano! 490 grams 6.6 moles
p-Toluolsulfonsäure 3 gp-toluenesulfonic acid 3 g
Wasser 5 gWater 5 g
aufgefangenestrapped
Verestcrungswasser 96 g ioEsterification water 96 g io
abdestilliertesdistilled off
Isobutanol 75 gIsobutanol 75 g
Analyse:Analysis:
Säurezahl 10 15Acid number 10 15
Hydroxyzahl 180Hydroxyl number 180
Viskosität 110 cpsViscosity 110 cps
{2-Hydroxy)-propylisobutyI-{2-hydroxy) propylisobutyl-
estergehalt 81%ester content 81%
andere Ester 16% 20other esters 16% 20
Isobutanol 3%Isobutanol 3%
t.OMol 1,1 Mole 1,0MoIt.OMol 1.1 mol 1.0 mol
E) In einer Vorrichtung wie unter A; beschrieben
wurden miteinander umgesetzt:E) In a device as under A; described
were implemented together:
Analyse:Analysis:
Säurezahl 12Acid number 12
Hydroxylzahl 64Hydroxyl number 64
Viskosität 900 cps Hydroxy-(polypropylenoxy)isobutyl-Viscosity 900 cps hydroxy (polypropyleneoxy) isobutyl
estergehalt 72%ester content 72%
andere Ester 20%other esters 20%
Polypropylenoxydiol 5%Polypropylene oxydiol 5%
freies Isobutanol 3%free isobutanol 3%
H) In einer Vorrichtung wie jäter A) beschrieben, wurden miteinander umgesetzt:H) In a device as described in A), were implemented together:
2525th
3030th
3535
40 Die Veresterung setzte bei einer Temperatur von über 1300C ein. 40 The esterification reaction began at a temperature of about 130 0 C.
Aufgefangenes Veresterungs-Collected esterification
F) In einer Vorrichtung wie unter A) beschrieben 45 wurden miteinander umgesetzt:F) In a device as described under A) 45, the following were implemented with one another:
I) In einer Vorrichtung wie unter A) beschrieben, wurden miteinander umgesetzt:I) In a device as described under A), the following were implemented with one another:
5050
55 Die Veresterungsreaktion verlief langsamer als im Falle der Ver.vendung von Maleinsäureanhydrid. 55 The esterification reaction proceeded more slowly than in the case of the use of maleic anhydride.
Aufgefangenes Veresterungswasser 170 g isoDUtanol 35 gCollected esterification water 170 g isoDUtanol 35 g
Das Reaktionsprodukt neigte beim Belichten triit Sonnenlicht zur Homopolymerisation.The reaction product tended to homopolymerize when exposed to sunlight.
6565
G) In einer Vorrichtung wie unter A) beschrieben,
wurden miteinander umgesetzt:G) In a device as described under A),
were implemented together:
Analyse:Analysis:
Säurezahl
HydroxylzahlAcid number
Hydroxyl number
15 18015 180
Viskositätviscosity
Hydroxyätriylisobutylestergehalt
andere Ester
freies IsöbutanolHydroxytriyl isobutyl ester content of other esters
free isobutanol
200 cps 80% 16% 4%200 cps 80% 16% 4%
II. Herstellung der CopolyrherenII. Preparation of the copolymers
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Lösungs-Copolymerisation von den unter A) bis I) hergestellten Ausgangsverbindungen mit Acryl-, Methacryl- und Styrolmonomeren.The following examples illustrate solution copolymerization of the starting compounds prepared under A) to I) with acrylic, methacrylic and styrene monomers.
Ein zylindrischer Reaktor, ausgerüstet mit Rückflußkühler, Rührer, Thermometer, zwei Zugabebehältern und einem Heizmantel wurde mit 825 g Propanol beschickt. Die Temperatur wurde auf 90°C gebracht, worauf in dem Reaktor innerhalb einer Zeitspanne von 5 Stunden ein Monomerengemisch und eine Katalysatorlösung der im folgenden angegebenen Zusammensetzunggegeben wurden:A cylindrical reactor equipped with a reflux condenser, stirrer, thermometer, two addition vessels and a heating mantle was charged with 825 g of propanol. The temperature was brought to 90 ° C, whereupon a monomer mixture and a catalyst solution in the reactor over a period of 5 hours the following composition were given:
1515th
2020th
Monomerengemisch:
Methylmethacrylat
Acrylsäure
Butylacrylat
Verbindung gemäB AMonomer mixture:
Methyl methacrylate
Acrylic acid
Butyl acrylate
Connection according to A
Katalysatorlösung:
Propanol
t-ButylperoctoatCatalyst solution:
Propanol
t-butyl peroctoate
1000 g 300 g 800 g 700 g1000 g 300 g 800 g 700 g
90 g 13g90g 13g
2525th
3030th
Viskosität der Flüssigkeit = 13 000 cps Polymergehalt = 70%Liquid viscosity = 13,000 cps polymer content = 70%
4040
Es zeigte sich, daß die Ausgangsverbindung A vollständig copolymerisiert war.It was found that the starting compound A was completely copolymerized.
Wärmehärtbare Masse:Thermosetting compound:
Polymer gemäß Beispiel 1 100 g Wasser-reduzierbares AminoharzPolymer according to Example 1 100 g of water-reducible amino resin
(60%) 10 g(60%) 10 g
Dimethyläthanolamin 3 gDimethylethanolamine 3 g
Wasser 30 gWater 30 g
4545
5050
Ein 0,0762 mm dicker Film aus dem erhaltenen Reaktionsprodukt wurde 5 Minuten lang auf 176,7°C erhitzt Der Film hatte die folgenden Eigenschaften:A 0.0762 mm thick film of the resulting reaction product was kept at 176.7 ° C. for 5 minutes heated the film had the following properties:
BleistifthärtePencil hardness
NAK-extrahierbareNAK extractable
BestandteileComponents
= 2H= 2H
= 12% auf Feststoffbasis.= 12% on a solids basis.
zur Härte eines Graphitbleistiftes gesetzt. Verwendet wurde eine Reihe von Standardbleistiften mit einer Härte von 4B bis 4H.set to the hardness of a graphite pencil. Used became a range of standard pencils ranging in hardness from 4B to 4H.
Etwa 6,35 mm der Bleistiftmine wurde mittels eines feinen Sandpapiers (400 Carbide) freigelegt. Der zum Test verwendete Bleistift wurde dann in einer normalen Schreibhaltung mit einem Winkel von 45° über den zu testenden Film geführt. Der angewandte Druck lag kurz vor dem Druck, der zum Bruch der Bleistiftmine führte. Markierungszeichen oder Kratzer, die bei einem schrägen Winkel bei starker Belichtung sichtbar waren, zeigten an, daß der Bleistift härter war als der Film. Die Härte wurde ausgedrückt in Graden des nächst weicheren Bleistiftes.About 6.35 mm of the pencil lead was exposed using fine sandpaper (400 carbides). The for The test pencil used was then in a normal writing position at an angle of 45 ° over the too testing film. The pressure applied was just before the pressure that caused the lead to break. Marks or scratches that were visible at an oblique angle under high exposure, indicated the pencil was harder than the film. The hardness was expressed in degrees of the nearest softer pencil.
Die Härtegrade mit steigender Härte sind:
4B,3B,2B,HB.F.H.2H,3H,4H.The degrees of hardness with increasing hardness are:
4B, 3B, 2B, HB.FH2H, 3H, 4H.
B. MÄK-extrahierbare Bestandteile.B. MÄK extractable components.
Die Löslichkeit eines Polyvinylacetat-Acryl-Polymeren oder Acrylpolymeren in Methyläthylketon nimmt ab wie der Grad der Quervernetzung dieser Polymeren zunimmt. Infolgedessen läßt sich die Extrahierbarkeit eines Polymeren in methyläthylketon dazu verwenden, um den Grad der Quervernetzung festzustellen.The solubility of a polyvinyl acetate acrylic polymer or acrylic polymers in methyl ethyl ketone decreases as does the degree of crosslinking of these polymers increases. As a result, the extractability of a polymer in methyl ethyl ketone can be used to to determine the degree of cross-linking.
Ein 0,076 mm starker Film des zu untersuchenden Polymeren wird aus einer Suspension oder Lösung auf einer Aluminiumfolie abgeschieden. 3 bis 5 g des Filmes werden dann 24 Sturden lang in einem Sohxlet-Extraktionsgerät mit Methyläthylketon extrahiert.A 0.076 mm thick film of the polymer to be examined is applied from a suspension or solution deposited an aluminum foil. 3 to 5 g of the film are then extracted for 24 hours in a Sohxlet extraction device with methyl ethyl ketone.
Der unlösliche Teil wird dann getrocknet und gewogen. Infolgedessen werden die mit Methyläthylketon extrahierbaren Bestandteile oder die unlöslichen Bestandteile in Gew.-% bestimmt.The insoluble part is then dried and weighed. As a result, those with methyl ethyl ketone extractable constituents or the insoluble constituents determined in% by weight.
Die durch freie Radikale bewirkte Copolymerisation lief bei 96° C unter Propanol-Rückfluß ab. Das hergestellte Reaktionsprodukt hatte die folgenden Eigenschaften:The copolymerization brought about by free radicals took place at 96 ° C. under reflux of propanol. That produced reaction product had the following properties:
Beispiele 2bis9Examples 2 to 9
Beispiel 2: wie Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der gemäß B hergestellten Verbindung.Example 2: as in Example 1, but using the compound prepared according to B.
Beispiel 3: wie Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der gemäß C hergestellten Verbindung.Example 3: as in Example 1, but using the compound prepared according to C.
Beispiel 4: wie Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der gemäß D hergestellten Verbindung.Example 4: As Example 1, but using the compound prepared according to D.
Beispiel 5: wie Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der gemäß E hergestellten Verbindung.Example 5: As Example 1, but using the compound prepared according to E.
Beispiel 6: wie Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der gemäß F hergestellten Verbindung.Example 6: As Example 1, but using the compound prepared according to F.
Beispiel 7: wie Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der gemäß G hergestellten Verbindung.Example 7: As Example 1, but using the compound prepared according to G.
Beispiel 8: wie Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der gemäß H hergestellten Verbindung.Example 8: As Example 1, but using the compound prepared according to H.
Beispiel 9: wie Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der gemäß I hergestellten Verbindung.Example 9: As Example 1, but using the compound prepared according to I.
Die nach den Beispielen 2 bis 9 hergestellten Lösungspolymeren hatten die folgenden Eigenschaften:The solution polymers prepared according to Examples 2 to 9 had the following properties:
Viskositätsbereich der
Flüssigkeiten
PolymergehaltViscosity range of
liquids
Polymer content
= 9000 bis 18 000 cps = 67 bis 72%= 9,000 to 18,000 cps = 67 to 72%
Testmethoden:Test methods:
A. BleistifthärteA. Pencil hardness
In diesem Test wurde die Härte eines in der beschriebenen Weise hergestellten Filmes in Beziehung
Eigenschaften von Filmen
aus wärmehärtbaren Massen (Beispiel 1)
Bleistifthärte = Hbis3HIn this test, the hardness of a film produced in the manner described was related to properties of films
made of thermosetting materials (example 1)
Pencil hardness = H to 3H
Mj\R.-extranierte
BestandteileMj \ R.-extranated
Components
= 8 bis 15% auf
Feststoffbasis= 8 to 15%
Solid basis
Lösungs-Copolymere der Beispiele 2 bis 9Solution copolymers of Examples 2 to 9
Vinylacetat 655 gVinyl acetate 655 g
Verbindung gemäß A lOOgConnection according to A 100g
2-Äthylhexylacrylat 28 g2-ethylhexyl acrylate 28 g
Monomerengemisch Monomer mixture
Aus- Beigangs- spiel
vefbin- Nr.
dungExit game
vefbin no.
manure
Viskosität
cpsviscosity
cps
Polymer- Bleigehalt stift-% härtePolymer lead content pen% hardness
MÄK-extra hierbare Bestandteile MÄK-extra components that can be added here
In das Gefäß, aus dem der Katalysator zugesetzt wurde, wurden eingemischt:The following was mixed into the vessel from which the catalyst was added:
B
C
D
E
F
G
HB.
C.
D.
E.
F.
G
H
2
3
4
5
6
72
3
4th
5
6th
7th
15 000
9 00015,000
9,000
17 000
10 00017,000
10,000
18 000
10 000
13 00018,000
10,000
13,000
72
67
67
67
67
68
7072
67
67
67
67
68
70
2H H2H H
2H H2H H
3H H3H H
2H2H
iook
15 11 14 8 14 1215 11 14 8 14 12
Ammoniumpersulfat 3Ammonium persulfate 3
Ammoniak (26%) 2,5Ammonia (26%) 2.5
Wasser 27,5Water 27.5
I Katalysator-I lösungI catalyst I solution
In den Behälter für
wurden eingegeben:In the container for
were entered:
die Zugabe des Aktivatorsthe addition of the activator
Aus den Beispielen ergibt sich, daß die erfindungsgemäß hergestellten l.ösungs-Copolymeren wärmehärtbare Eigenschaften aufweisen.The examples show that the solution copolymers prepared according to the invention are thermosetting Have properties.
Vorrichtung und Reaktionsbedingungen entsprachen denen des Beispieles 1. Das Monomerengemisch wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt. Die übrigen Komponenten wurden nicht verändert:The apparatus and reaction conditions corresponded to those of Example 1. The monomer mixture was made from the following ingredients. The other components have not been changed:
Styrol 1000 gStyrene 1000 g
Butylacrylat 800 gButyl acrylate 800 g
Acrylsäure 300 gAcrylic acid 300 g
Ausgangsverbindung gemäß A 700 gStarting compound according to A 700 g
Aktivator:Activator:
NaHSOjCH2CUH2O 1 1 Aktivator-NaHSOjCH 2 CUH 2 O 1 1 activator
Wasser 32 J lösungWater 32 J solution
Die wäßrige Phase wurde auf 720C erhitzt, worauf 72 g des ivionomerengemisches zugesetzt wurden. Darin wurde 1 g Ammoniumpersulfat zugesetzt, wodurch die Emulsionspolymerisation eingleeitet wurde. Durch die einsetzende exotherme Reaktion stieg die Reaktionstemperatur auf 77°C an. Das Monomerengemisch, die Katalysatorlösung und die Aktivatorlösung wurden innerhalb einer Zeitspanne von 6 Stunden in den Reaktor gegeben. Das erhaltene Emulsionspolymer hatte die folgenden Eigenschaften:The aqueous phase was heated to 72 0 C, whereupon 72 g of ivionomerengemisches were added. Therein 1 g of ammonium persulfate was added, whereby the emulsion polymerization was initiated. The reaction temperature rose to 77.degree. C. as a result of the exothermic reaction that began. The monomer mixture, the catalyst solution and the activator solution were added to the reactor over a period of 6 hours. The emulsion polymer obtained had the following properties:
Analyse:Analysis:
Viskosität
Polymergehaltviscosity
Polymer content
Polymergehalt
Viskosität
freie Monomere
TeilchengrößePolymer content
viscosity
free monomers
Particle size
FilmMovie
= 17 000 cps = 68%= 17,000 cps = 68%
= 55= 55
= 1000 cps
= 0,4%
= 0,2 bis= 1000 cps
= 0.4%
= 0.2 to
0,4 Mikron
= gleichbleibend,0.4 microns
= constant,
klarclear
Wärmehärtbare Masse:Thermosetting compound:
Eigenschaften eines aus einer
wärmehärtbaren Masse hergestellten Filmes:Properties one of a
thermosetting mass produced film:
Bleistifthärte = 3HPencil hardness = 3H
MÄK-extrahierbareMÄK extractable
Bestandteile = 13%Components = 13%
Dies Copolymer war ebenfalls wärmehärtbar.This copolymer was also thermosetting.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen "die Etnulsions-Copolymerisation von Verbindungen, die gemäß A bis I hergestellt wurden, mit Acryl-, Methacryl-, Styrol- und Vinylacetatmonomeren.The following examples illustrate "emulsion copolymerization of compounds prepared according to A to I with acrylic, methacrylic, styrene and vinyl acetate monomers.
Verwendet wurde ein zylindrischer Reaktor, ausgerüstet mit drei Zugabebehältern (für die Monomeren, den Katalysator und einem Aktivator), einem Kondensator, einem Rührer und einem Thermometer, wurde mit den folgenden Komponenten beschickt:A cylindrical reactor was used with three addition containers (for the monomers, the catalyst and an activator), a condenser, a stirrer and a thermometer, was charged with the following components:
Emulsionspolymer: Beispiel 10
mit Wasser reduzierbares UF-HarzEmulsion polymer: Example 10
water reducible UF resin
100 g
10g100 g
10g
Ein 0,0762 mm dicker Film, der aus der angegebenen Mischung gegossen worden war, wurde 5 Minuten lang auf 176,7° C erhitzt. Es wurden folgende Eigenschaften festgestellt:A 0.0762 mm thick film cast from the indicated mixture was left for 5 minutes heated to 176.7 ° C. The following properties were found:
Bleistifthärte = HPencil hardness = H
MÄK-extrahierbareMÄK extractable
Bestandteile = 15%Components = 15%
Aus diesen Ergebnissen ergibt sich, daß dasS Emulsionspolymer des Beispieles 11 in Gegenwart vo Aminoharzen quervernetzbar istFrom these results it can be seen that the emulsion polymer of Example 11 in the presence of Amino resins is crosslinkable
Beispiele 12 bis 19Examples 12-19
Es wurden weiter Versuche mit der in Beispiel beschriebenen Vorrichtung und unter Einhaltung derj angegebenen Reaktionsbedingungen durchgeführt, mit| der Ausnahme, daß anstelle der Verbindung, erhaltenj wie unter A beschrieben, Verbindungen verwendet! wurden, die gemäß B, C, D, E, F, G, H und I erhalter| wurden.There were further tests with the device described in the example and in compliance with the j specified reaction conditions carried out with | with the exception that instead of the connection, j as described under A, connections used! obtained according to B, C, D, E, F, G, H and I | became.
In das Gefäß, aus dem die Monomeren in das Reaktionsgefäß zugesetzt wurden, wurden eingemischt:The following was mixed into the vessel from which the monomers were added to the reaction vessel:
Es wurde die Verbindung gemäß B verwendetThe compound according to B was used
Es wurde die Verbindung gemäß C verwendetThe compound according to C was used
1212th
Beispiel 14: PolymergehaltExample 14: polymer content
Es wurde die Verbindung gemäß D verwendet. ViskositätThe compound according to D was used. viscosity
Es wurde die Verbindung gemäß E verwendet. TeilchengrößeThe compound according to E was used. Particle size
Beispiel 16: 5Example 16: 5
Es wurde die Verbindung gemäß F verwendet. FilmThe compound according to F was used. Movie
Es wurde die Vf^bindung gemäß G verwendet.The tie according to G was used.
Es wurde die Verbindung gemäß H verwendet. ioThe compound according to H was used. ok
Es wurde die Verbindung gemäß I verwendet.The compound according to I was used.
Ifri Falle der Beispiele 12 bis 19 wurden Emulsionspolymere hergestellt. Die Emulsionspolymerisate hatten 15 folgende Eigenschaften:In Examples 12-19, emulsion polymers were made manufactured. The emulsion polymers had the following properties:
= 54 bis = 800 bis= 54 to = 800 to
1500 cps = 0,2 bis1500 cps = 0.2 to
0,5 Mikron = klar,0.5 micron = clear,
gleichbleibendconstant
Quervernetzbarkeit:Cross-connectivity:
Die wärmehärtbaren Massen gemäß Beispielen 12 bis lieferten Filme mit folgenden Eigenschaften:The thermosetting compositions according to Examples 12 bis provided films with the following properties:
Bleistifthärte MÄK-extrahierbare BestandteilePencil hardness MÄK extractable components
= Hbis2H = 12 bis 17%.= Hto2H = 12 to 17%.
Emulsions-Copolymere der Beispiele 12-19Emulsion copolymers of Examples 12-19
Ausgangs- Beispiel Viskosität Teilchengröße Film verbindung Nr. cps (Mikron)Starting Example Viscosity Particle Size Film Compound No. cps (microns)
Bleistift- MÄK-extrahärte hierbarePencil-MÄK-extra hardness herebare
BestandteileComponents
Die wie unter A beschrieben hergestellte Verbindung, 40 wurde mit Acrylmonomeren copolymerisiert, und zwar unter Verwendung der in Beispiel 11 beschriebenen Vorrichtung und unter den dort angegebenen Bedingungen, mit folgenden Änderungen:The compound produced as described under A, 40 was copolymerized with acrylic monomers using those described in Example 11 Device and under the conditions specified there, with the following changes:
Das Monomerengemisch hatte folgende Zusammen- 45 Setzung:The monomer mixture had the following composition:
Methylmethacrylat
Butylacrylat
Acrylsäure
Verbindung gemäß AMethyl methacrylate
Butyl acrylate
Acrylic acid
Connection according to A
300300
240240
5050
100100
wäßrige Phase:aqueous phase:
Wasser 540 gWater 540 g
nichtionogene oberflächenaktive Verbindungen 18 gnon-ionic surface-active compounds 18 g
anionische oberflächenaktive
Verbindungen 12 ganionic surfactants
Connections 12 g
Die Reaktionstemperatur wurde bei 68 bis 70° C gehalten. Das erhaltene Emulsionspolymer hatte folgende Eigenschaften:The reaction temperature was maintained at 68 to 70 ° C. The emulsion polymer obtained had the following Characteristics:
Polymergehalt
Viskosität
pH
TeilchengrößePolymer content
viscosity
pH
Particle size
= 47,5.. = 500 cps = 7,5 = 0,1 bis 0,2 Mikron= 47.5 .. = 500 cps = 7.5 = 0.1 to 0.2 microns
sämtliche Filme waren klar H Hall films were clear H H
2H H2H H
2H H H H2H H H H
13 17 16 17 12 17 12 1513 17 16 17 12 17 12 15
Film freie MonomereFilm free monomers
klar.clear.
gleichbleibendconstant
0,5%0.5%
Quervernetzbarkeit:Cross-connectivity:
Die wärmehärtbare Masse des Beispieles 20 lieferte Filme mit folgenden Eigenschaften:The thermosetting composition of Example 20 provided films with the following properties:
Bleistifthärte = HPencil hardness = H
MÄK-extrahierbareMÄK extractable
Bestandteile = 20%Components = 20%
Das in Beispiel 20 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal Methylmethacrylat durch Styrol ersetzt wurde, und zwar im gleichen Gewichtsverhältnis. Das erhaltene Emulsionspolymer zeigte folgende Eigenschaften:The procedure described in Example 20 was repeated except this time Methyl methacrylate was replaced by styrene, in the same weight ratio. The received Emulsion polymer showed the following properties:
6060
55 Polymergehalt
Viskosität
pH-Wert
Teilchengröße 55 polymer content
viscosity
PH value
Particle size
Film freie MonomereFilm free monomers
= 47,6 = 700 cps = 7,5 = 0,1 bis= 47.6 = 700 cps = 7.5 = 0.1 to
0,2 Mikron = klar,0.2 micron = clear,
gleichbleibend = 0,5%constant = 0.5%
Quervernetzbarkeit:
Mit der wärmehärtbaren Masse Von Beispiel 20:Cross-connectivity:
With the thermosetting composition of Example 20:
Bleistifthärte = HPencil hardness = H
MÄK-extrahierbareMÄK extractable
Bestandteile = 18%.Ingredients = 18%.
Beispiel 22
(Vergleichsbeispiel)Example 22
(Comparative example)
Es wurden zwei Hydroxyester A und B hergestellt. Der Hydroxyester A, die Komponente (a) des trfindungsgemäßen Copolymefen wurde nach den Lehren der Stammanmeldung P 25 52 634 aus Propylenglykol, Isobutanol und Maleinsäureanhydrid herge-HeIIt. Der Hydroxyester B wurde nach den Lehren der DE-OS 15 68 883 aus Propylenoxid, Isobutanol und Maleinsäureanhydrid hergestellt. Die Herstellung der Hydroxyester erfolgte unter gleichen Bedingungen, d. h. Unte. Anwendung gleicher Konzentrationen, des gleichen Katalysators und unter gleichen Temperaturbedingungen. Two hydroxyesters A and B were made. The hydroxy ester A, component (a) des copolymefs according to the invention was made according to the teachings of the parent application P 25 52 634 from propylene glycol, Isobutanol and maleic anhydride are produced. The hydroxyester B was according to the teachings of DE-OS 15 68 883 made from propylene oxide, isobutanol and maleic anhydride. The manufacture of the Hydroxyester took place under the same conditions; H. Lower Application of the same concentrations, des same catalyst and under the same temperature conditions.
Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:The following results were obtained:
A B (Stand derA B (as of
Technik)Technology)
Viskosität 35Viscosity 35
(Sp. 1-20 Umdrehungen
pro Minute) cps(Sp. 1-20 turns
per minute) cps
Säurezahl 5,7Acid number 5.7
NMR-Analyse:
Isomer Maleat/Fumarat 57/43 .NMR analysis:
Maleate / Fumarate isomer 57/43.
Verhältnis von 1/2,18Ratio of 1 / 2.18
Ungesättigtheit/EsterUnsaturation / ester
Struktur (angenommen):Structure (assumed):
OHOH
CH-COOCHiHCH1
CH-COOCH2CH(CH3)2CH-COOCHiHCH 1
CH-COOCH 2 CH (CH 3 ) 2
8787
93,493.4
93/7
1/193/7
1/1
CH3 CH 3
CHCOOCH2CH-OCOCh = CHCOOH
CHCOOCH2CH(CHj)2 CHCOOCH 2 CH-OCOCh = CHCOOH
CHCOOCH 2 CH (CHj) 2
Die hohe Säurezahl des Hydroxyestera B deutet daraufhin, daß wenigstens zum Teil ein nicht-monometo res Produkt vorliegt, d. h. daß das Monomer der angegebenen Struktur teilweise polymerisiert ist. Demgegenüber deutet jedoch die Säurezahl des Hydroxyesters A, die Komponente (a) des erfindungsgemäßen Copolymer, eindeutig auf das Vorliegen einer monomeren Verbindung hin.The high acid number of the Hydroxyestera B indicates thereupon that at least in part a non-monometonic product is present, d. H. that the monomer of specified structure is partially polymerized. In contrast, however, indicates the acid number of the Hydroxyester A, component (a) of the copolymer according to the invention, clearly indicates the presence of a monomeric compound.
Die beiden Hydroxyester A bzw. B Vinylacetat und 2-Äthylhexylacrylat wurden die Copolymere!» A' (erfindungsgemäß) und B' (Vergleich) hergestellt.The two hydroxy esters A and B vinyl acetate and 2-ethylhexyl acrylate became the copolymers! » A '(according to the invention) and B '(comparison).
In der folgenden Tabelle sind die physikalischen Eigenschaften der hergestellten Emulsionen aufgeführt:The following table lists the physical properties of the emulsions produced:
A' (Erfindung) B' (Vergleich)A '(invention) B' (comparison)
Polymergehalt 54,0 54,3Polymer content 54.0 54.3
Viskositätviscosity
3/50 Umdrehungen 890 7103/50 turns 890 710
pro Minute cpsper minute cps
3/50 Umdrehungen 1560 11603/50 turns 1560 1160
pro Minute cpsper minute cps
pH-Wert 5,1 5,1pH 5.1 5.1
Gehalt an Keimen ppm 1000 700Germ content ppm 1000 700
Film bläulich bläulichBluish bluish film
Bleistifthärte 3B-2B BPencil hardness 3B-2B B
Vernetzbarer Film F HCrosslinkable film F H
Ausgehend von den hergestellten Copolymer-Emulsionen, wurden Quervernetzungsversuche unter Verwendung von Ammoniak und Melamin durchgeführt Es zeigte sich, daß die Emulsion B' völlig instabil war und bei Zusatz von Ammoniak koagulierte. Dhs deutet daraufhin, daß ein Überschuß an Carboxylgruppen vorlag. Demgegenüber verhielt sich die Emulsion A' (Erfindung) absolut stabil.Starting from the copolymer emulsions produced, Cross-linking experiments were carried out using ammonia and melamine it was found that emulsion B 'was completely unstable and coagulated when ammonia was added. Dhs indicates then that there was an excess of carboxyl groups. In contrast, the emulsion A 'behaved (Invention) absolutely stable.
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