-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung bezieht sich auf Polyisocyanate niedriger Viskosität, die Isocyanurat-Gruppen
und gegebenenfalls Allophanat-Gruppen enthalten und aus 4-Isocyanatomethyl-1,8-octamethylendiisocyanat
hergestellt werden, und ihre Verwendung in Ein- und Zweikomponenten-Zusammensetzungen
zur Herstellung von Polyisocyanat-Additionsprodukten.
-
Beschreibung, des Standes
der Technik
-
Polyisocyanate,
die Isocyanurat-Gruppen enthalten, sind bekannt und werden in den
US Patenten 4,324,879, 4,379,905, 4,412,073 und 4,801,663 offenbart.
Polyisocyanate, die Isocyanurat-Gruppen und Allophanat-Gruppen enthalten,
sind bekannt und werden in den US Patenten 5,124,427, 5,208,334
und 5,235,018 offenbart. Diese beiden Typen von Polyisocyanaten
werden durch katalytische Trimerisierung und gegebenenfalls Allophanatisierung
eines Teils der Isocyanat-Gruppen von monomeren Diisocyanaten und
anschließende Destillation
zum Entfernen von nicht umgesetzten Diisocyanat-Monomeren hergestellt.
Das Reaktionsprodukt enthält
nicht nur das trifunktionelle Monotrimer, d.h. ein Isocyanurat-Gruppen
enthaltendes Polyisocyanat, das aus drei mol Diisocyanat gebildet
wird, sondern auch höhere
Homologe, die zwei oder mehrere Isocyanurat-Ringe enthalten.
-
Während der
Trimerisierungsreaktion wird anfänglich
das Monotrimer gebildet, wenn jedoch die Umsetzung weitergeht und
der Prozentgehalt an Ausgangsmonomer abnimmt, werden höhere Homologe
gebildet, die zwei oder mehrere Isocyanurat-Ringe enthalten. Obwohl
diese höheren
Homologe wünschenswerterweise
höhere
Funktionalitäten
haben, weisen sie auch unerwünschterweise
höhere
Viskositäten
auf. Weil auf dem Markt fortwährend
ein Bestreben nach Produkten mit niedriger Viskosität vorherrscht,
ist es notwendig, die Trimerisierungsreaktion in einem sehr frühen Zustand
zu beenden, um diese Produkte zu erhalten. Aus diesem Grund ist
es schwierig, Produkte mit höheren
Funktionalitäten
zu erhalten, selbst wenn solche Produkte (rein vom Funktionalitäts-Standpunkt
aus gesehen) für
viele Anwendungen erwünscht
wären.
-
Demgemäß besteht
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Polyisocyanate bereitzustellen, die
hohe Funktionalitäten
und niedrige Viskositäten
haben und die auch hergestellt werden, ohne dass es notwendig ist,
nicht umgesetztes Ausgangsmaterial zu entfernen.
-
Überraschenderweise
kann diese Aufgabe gelöst
werden, indem man die Isocyanurat-Gruppen enthaltenden Polyisocyanate
aus 4-Isocyanatomethyl-1,8-octamethylendiisocyanat oder Mischungen,
die dieses Polyisocyanat enthalten, herstellt. Die Tatsacle, dass
diese Produkte hohe Funktionalitäten
und niedrige Viskositäten
haben und keine Gelteilchen enthalten, ist überraschend, weil man aufgrund
der Tatsache, dass das Ausgangsmonomer ein Trüsocyanat ist, erwarten würde, dass
sich vernetzte Gelteilchen und größere Mengen höherer Homologe
bilden würden,
was höhere
Viskositäten
ergeben würde.
-
4-Isocyanatomethyl-1,8-octamethylendiisocyanat
wird im US Patent 4,314,048 und in dem Artikel mit dem Titel "Coating Systems Based
on an Aliphatic Triisocyanate Derived From Triaminononane", Higginbottom et
al., Third North American Research Conference on Organic Coatings
Science an Technology, 1994, offenbart. Diese beiden Literaturstellen
begünstigen
jedoch das Trüsocyanat
an sich als Ersatz für
Polyisocyanat-Derivate, insbesondere Isocyanurat-Gruppen enthaltende
Polyisocyanate, die aus 1,6-Hexamethylendiisocyanat hergestellt
werden, so dass die Notwendigkeit zur Herstellung solcher Addukte
eliminiert wird.
-
Die
vorliegende Erfidung bezieht sich auf ein Polyisocyanat, umfassend
- a) Polyisocyanate, die Isocyanurat-Gruppen enthalten und der
Formel 1
- entsprechen, wobei
- R den Rest darstellt, der durch Entfernen einer der Isocyanatgruppen
von 4-Isocyanatomethyl-1,8-octamethylendiisocyanat
erhalten wird, gegebenenfalls im Gemisch mit
- b) nicht umgesetztem 4-Isocyanatomethyl-1,8-octamethylendiisocyanat,
- c) höhere
Homologe der in der Formel 1 beschriebenen Polyisocyanate, die mehr
als eine Isocyanurat-Gruppe enthalten, und
- d) ein Polyisocyanat, das Allophanatgruppen enthält und der
Formel 2
- entspricht, wobei
- R' den Rest
darstellt, der durch Entfernen der Hydroxygruppe von einem Monoalkohol
mit einer Molmasse von bis zu 2500 erhalten wird.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung dieser
Polyisocyanat-Mischungen, gegebenenfalls in blockierter Form, als
Isocyanat-Komponente in Ein- oder Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzungen.
-
Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung liegen Polyisocyanate a), die Isocyanurat-Gruppen enthalten,
in einer Menge von vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-%, mehr bevorzugt
10 bis 25 Gew.-% vor, liegt nicht umgesetztes Monomer b) in einer
Menge von vorzugsweise 20 bis 90 Gew.-%, mehr bevorzugt von 40 bis
60 Gew.-% vor und liegen höhere
Homologe c) in einer Menge von vorzugsweise 5 bis 70 Gew.-%, mehr
bevorzugt von 20 bis 60 Gew.-% vor. Alle diese Prozentgehalte sind
auf das Gesamtgewicht der Komponenten a), b) und c) bezogen. Polyisocyanate
d), die Allophanat-Gruppen enthalten, liegen – falls sie überhaupt
vorliegen – in
einer Menge von bis zu 25 Gew.-%, vorzugsweise von 2 bis 25 Gew.-%,
mehr bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Komponenten a), b) und c), vor.
-
Die
Polyisocyanate gemäß der Erfindung
werden aus folgendem hergestellt:
-
- a) 30 bis 100 %, vorzugsweise 60 bis 100 %,
mehr bevorzugt 90 bis 100 % und am meisten bevorzugt 100 Gew.-%
4-Isocyanatomethyl-1,8-octamethylendiisocyanat (NTI) und
- b) 0 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 40 Gew.-%, mehr bevorzugt
0 bis 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0 Gew.-% eines oder mehrerer
organischer Diisocyanate, die der Formel R(NCO)2 entsprechen,
in der R eine zweibindige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit
4 bis 18 Kohlenstoffatomen, eine zweibindige cycloaliphatische Kohlenwasserstoffgruppe
mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, eine zweibindige araliphatische
Kohlenwasserstoffgruppe mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen und eine
zweibindige aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen
darstellt.
-
Beispiele
geeigneter organischer Diisocyanate schließen die folgenden ein: 1,4-Tetramethylendiisocyanat,
1,6-Hexamethylendüsocyanat,
2,2,4-Trimethyl-1,6-hexamethylendiisocyanat, 1,12-Dodecamethylendiisocyanat,
Cyclohexan-1,3- und -1,4-diisocyanat, 1-Isocyanato-2-isocyanatomethylcyclopentan,
1-Isocyanato-3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat
oder IPDI), Bis(4-isocyanatocyclohexyl)methan, 2,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan,
1,3-und 1,4-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, Bis(4-isocyanato-3-methyl-cyclohexyl)methan,
Xylylendiisocyanat, α,α,α',α'-Tetramethyl-1,3- und/oder -1,4-xylylendiisocyanat,
1-Isocyanato-1-methyl-4(3)-isocyanatomethylcyclohexan und 2,4- und/oder
2,6-Hexahydrotoluylendiisocyanat, 1,3- und/oder 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4-und/oder
2,6-Toluylendiisocyanat, 2,4-und/oder 4,4'-Diphenylenmethandiisocyanat, 1,5-Diisocyanatonaphthalin
und Mischungen derselben.
-
Bevorzugte
organische Diisocyanate schließen
1,6-Hexamethylendüsocyanat,
Isophorondiisocyanat, Bis(4-isocyanatocyclohexyl)methan,
2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat und 2,4- und/oder 4,4'-Diphenylen-methandiisocyanat
ein.
-
Geeignete
Verfahren und Katalysatoren zur Herstellung von Polyisocyanaten,
die Isocyanurat-Gruppen enthalten, werden in den US Patenten 4,324,879
und 5,157,074 offenbart, auf die hierin Bezug genommen wird. Geeignete
Verfahren und Katalysatoren zur Herstellung von Polyisocyanaten,
die Isocyanurat-Gruppen und Allophanat-Gruppen enthalten, sind bekannt
und werden in den US Patenten 5,124,427, 5,208,334, 5,235,018 und
5,444,116 offenbart, auf die hierin Bezug genommen wird.
-
Die
Trimerisierung des Ausgangsisocyanats oder der Ausgangsisocyanat-Mischung
kann in Abwesenheit von Lösungsmitteln
oder in Gegenwart von Lösungsmitteln,
die gegenüber
Isocyanat-Gruppen inert sind, durchgeführt werden. In Abhängigkeit
von dem Anwendungsbereich der Produkte gemäß der Erfindung können niedrigsiedende
bis im mittleren Bereich siedende Lösungsmittel oder hochsiedende
Lösungsmittel verwendet
werden. Geeignete Lösungsmittel
schließen
die folgenden ein: Ester wie Ethylacetat oder Butylacetat, Ketone
wie Aceton oder Butanon, aromatische Verbindungen wie Toluol oder
Xylol, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid und Trichlorethylen,
Ether wie Diisopropylether und Alkane wie Cyclohexan, Petrolether
oder Ligroin.
-
Gemäß einer
wahlweisen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden Urethangruppen und anschließend Allophanat-Gruppen
in die Polyisocyanate eingefügt,
indem man aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische oder aromatische
Monoalkohole verwendet, d.h. Alkohole, in denen die Hydroxylgruppe
an eine aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische oder aromatische
Gruppe gebunden ist. Die Monoalkohole können linear, verzweigt oder
cyclisch sein, wenigstens ein Kohlenstoffatom enthalten und eine
Molmasse bis zu 2500 haben. Die Monoalkohole können gegebenenfalls anderen
Heteroatome z.B. in Form von Ethergruppen enthalten. Das Stoffmengenverhältnis von
Monoalkohol zu Isocyanat-Ausgangsmaterial ist etwa 0,005:1 bis 0,60:1,
vorzugsweise etwa 0,01:1 bis 0,60:1, mehr bevorzugt etwa 0,02:1
bis 0,50:1 und am meisten bevorzugt etwa 0,05:1 bis 0,50:1.
-
Bevorzugte
Monoalkohole sind Kohlenwasserstoff-Monoalkohole. Die Kohlenwasserstoff-Monoalkohole
enthalten vorzugsweise 1 bis 36, mehr bevorzugt 1 bis 20 und am
meisten bevorzugt 1 bis 8 Kohlenstoffatome. Beispiele geeigneter
Monoalkohole schließen
die folgenden ein: Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol
und tert-Butanol, n-Pentanol, 2-Hydroxypentan, 3-Hydroxypentan,
die isomeren Methylbutylalkohole, die isomeren Dimethylpropylalkohole,
Neopentylalkohol, n-Hexanol, n-Heptanol, n-Octanol, n-Nonanol, 2-Ethylhexanol,
Trimethylhexanol, Cyclohexanol, Benzylalkohol, Phenol, die Cresole,
die Xylole, die Trimethylphenole, Decanol, Dodecanol, Tetradecanol,
Hexadecanol, Octadecanol, 2,6,8-Trimethylnonanol, 2-tert-Butylcyclohexanol,
4-Cyclohexyl-1-butanol, 2,4,6-Trimethylbenzylalkohol, verzweigtkettige
primäre
Alkohole und Mischungen derselben (die von Henkel unter dem Warenzeichen
Standamol erhältlich
sind) und Mischungen von linearen primären Alkoholen (die von Shell
unter dem Warenzeichen Neodol erhältlich sind).
-
Andere
Beispiele geeigneter Monoalkohole werden in den US Patenten 5,124,427,
5,208,334 und 5,235,018 beschrieben, auf die oben Bezug genommen
wurde. Es ist auch gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
Mischungen der oben beschriebenen Monoalkohole zu verwenden.
-
Die
Reaktionstemperatur für
die Isocyanurat-Bildung und gegebenenfalls die Allophanat-Bildung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist 40 bis 180 °C,
vorzugsweise 50 bis 150 °C
und mehr bevorzugt 60 bis 120 °C.
-
Verfahren
zur Herstellung von Polyisocyanaten, die Isocyanurat-Gruppen enthalten,
oder von Polyisocyanaten, die Isocyanurat-Gruppen und Allophanat-Gruppen
enthalten; werden in den US Patenten beschrieben, auf die oben Bezug
genommen wurde. Das Fortschreiten der Reaktion wird verfolgt, indem
man den NCO-Gehalt durch eine geeignete Methode wie Titration, Brechungsindex
oder IR-Analyse bestimmt. Die Umsetzung kann bei dem erwünschten
Trimerisierungsgrad beendet werden. Die Trimerisierungsreaktion
ist im Allgemeinen beendet, wenn sich 4 bis 33 %, vorzugsweise 10
bis 30 %, und mehr bevorzugt 15 bis 25 % der Isocyanat-Gruppen umge setzt
haben. Dies entspricht auf theoretischer Basis der Umsetzung einer
Isocyanat-Gruppe von 12 bis 100 %, vorzugsweise von 30 bis 90 %
und mehr bevorzugt von 45 bis 75 % des Ausgangsisocyanat-Monomers.
Bevor in der tatsächlichen
Praxis eine Isocyanat-Gruppe eines jeden Moleküls des Ausgangsisocyanats reagiert,
fangen die Isocyanat-Gruppen, die in den Polyisocyanaten vorliegen,
die Isocyanurat-Gruppen enthalten, an zu reagieren, was die Bildung
von Polyisocyanaten ergibt, die mehr als eine Isocyanurat-Gruppe
enthalten.
-
Durch
die Beendigung der Umsetzung bei höheren NCO-Gehalten werden Polyisocyanate
nur niedrigerer Viskosität
erhalten. Wenn demgegenüber
die Umsetzung bei niedrigeren NCO-Gehalten beendet wird, werden
Polyisocyanate mit höherer
Viskosität
erhalten, und zwar aufgrund der Bildung von Polyisocyanaten mit
höherer
Molmasse, die zwei oder mehr Isocyanurat-Gruppen enthalten, und
gegebenenfalls von anderen Polyisocyanaten hoher Molmasse.
-
Die
Beendigung der Trimerisierungsreaktion kann z.B. durch die Zugabe
eines Katalysatorgiftes des Typs erfolgen, der z.B. in den oben
offenbarten US Patenten erwähnt
wird. Wenn man z.B. basische Katalysatoren verwendet, kann die Umsetzung
durch die Zugabe einer Menge, die wenigstens der Katalysatormenge äquivalent
ist, einer Säure
beendet werden. Wenn man wärmelabile
Katalysatoren verwendet, ist es möglich – obwohl nicht bevorzugt -,
auf die Zugabe eines Katalysatorgiftes zu verzichten, da diese Katalysatoren
sich im Verlaufe der Reaktion zersetzen.
-
Wenn
matt die bekannten Polyisocyanate, die Isocyanurat-Gruppen enthalten,
aus flüchtigen
Diisocyanaten wie 1,6-Hexamethylendüsocyanat, Toluoldiisocyanat
oder Isophorondiisocyanat herstellt, ist es notwendig, nicht umgesetztes
Ausgangs-Diisocyanat aus dem Endprodukt zu entfernen, z.B. durch
Destillation, und zwar bis zu einem Gehalt von weniger als 2 % ,
vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyisocyanats.
Wenn man jedoch die Polyisocyanate gemäß der vorliegenden Erfindung
herstellt, ist es möglich,
aber nicht notwendig, 4-Isocyanatomethyl-1,8-octamethylendiisocyanat
zu entfernen, weil dieses Trüsocyanat
nicht so flüchtig
ist wie die Diisocyanate, die herkömmlicherweise verwendet werden.
Zusätzlich
dazu reduziert das Vorliegen dieses Triisocyanats – und zwar
aufgrund seiner Funktionalität – nicht
die Vernetzungsfähigkeit
des Endprodukts.
-
Die
Produkte gemäß der Erfindung
sind Flüssigkeiten
mit einer Viskosität
von 10 bis 10 000 mPa·s
und mehr bevorzugt von 50 bis 1000 mPa·s. Die Viskosität des Produkts
wird durch den Trimerisierungsgrad (der der Bildung höherfunktioneller
höherviskoser
Homologe entspricht) und die Menge an nicht umgesetztem Monomer,
das in dem Produkt vorliegt, bestimmt. Niedrigere Viskositäten können erhalten
werden, indem man die Umsetzung bei einem geringeren Trimerisierungsgrad
beendet und/oder nicht umgesetztes Ausgangsmaterial entfernt.
-
Die
Polyisocyanat-Mischungen gemäß der Erfindung
haben eine minimale durchschnittliche Funktionalität von 3,
vorzugsweise von 3,2 und mehr bevorzugt von 3,5 und eine maximale
durchschnittliche Funktionalität
von 8, vorzugsweise von 6 und mehr bevorzugt von 5, sie haben einen
Isocyanat-Gehalt von vorzugsweise 33 bis 48 Gew.-% , mahr bevorzugt
von 35 bis 45 Gew.-% und am meisten bevorzugt von 37 bis 43 Gew.-%,
bezogen auf die Polyisocyanat-Feststoffe, und sie sind beinahe farblos,
d.h. sie haben einen Vergilbungsindex – gemessen auf der APHA-Farbskala – von 10
bis 50, vorzugsweise von 10 bis 100 und mehr bevorzugt von 10 bis
50.
-
Die
Produkte gemäß der vorliegenden
Erfindung sind Polyisocyanate, die Isocyanurat-Gruppen und gegebenenfalls
Allophanat-Gruppen enthalten. Die Produkte können auch restliche Urethan-Gruppen
enthalten, die nicht in Allophanat-Gruppen umgewandelt wurden, und
zwar in Abhängigkeit
von der Temperatur, die während
der Umsetzung beibehalten wurde, und der Größe des Verbrauchs der Isocyanat-Gruppe.
Jedoch sollte der Gehalt an Urethan-Gruppen (berechnet als NHCOO,
MG 59) geringer als 10 Gew.-%, vorzugsweise geringer als 5 Gew.-%
und mehr bevorzugt geringer als 2 Gew.-% sein, bezogen auf den Feststoffgehalt
der Polyisocyanat-Mischung.
Wenn Polyisocyanate hergestellt werden, die sowohl Isocyanurat-Gruppen
als auch Allophanat-Gruppen
enthalten, ist das Verhältnis
der Isocyanurat-Gruppen zu den Allophanat-Gruppen in den Polyisocyanaten
gemäß der Erfindung
vorzugsweise etwa 10:1 bis 1:10, mehr bevorzugt etwa 5:1 bis 1:7.
Diese Werte können
spektroskopisch oder durch Gelpermeationschromatographie (GPC) unter
Verwendung eines Standards bestimmt werden.
-
Die
Produkte der Erfindung sind wertvolle Ausgangsmaterialien zur Verwendung
in Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzungen,
um Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte herzustellen. Die Polyisocyanat-Komponente wird in
Kombination mit Verbindungen verwendet, die wenigstens zwei isocyanatreaktive Gruppen,
wie Hydroxylgruppen und/oder Aminogruppen, vorzugsweise Hydroxylgruppen,
enthalten.
-
Bevorzugte
Reaktionspartner für
die Produkte gemäß der Erfindung,
die gegebenenfalls in blockierter Form vorliegen können, sind
die Polyhydroxypolyester, Polyhydroxypolyether, Polyhydroxypolyacrylate,
Polyhydroxypolylactone, Polyhydroxypolyurethane, Polyhydroxypolyepoxide,
und gegebenenfalls niedermolekulare, mehrwertige Alkohole, die aus
der Polyurethan-Beschichtungstechnologie bekannt sind. Polyamine,
insbesondere , in blockierter Form, z.B. Polyketimine, Oxazolidine
oder Polyaldimine, sind auch geeignete Reaktionspartner für die Produkte
gemäß der Erfindung.
Ebenfalls geeignet sind Polyasparaginsäure-Derivate (Aspartate), die
sekundäre
Aminogruppen enthalten, die auch als reaktive Verdünnungsmittel
fungieren.
-
Zur
Herstellung der Beschichtungszusammensetzungen werden die Mengen
der Polyisocyanat-Komponente
und der isocyanatreaktiven Komponente so ausgewählt, das äquivalente Verhältnisse
an Isocyanat-Gruppen
(die entweder in blockierter oder nicht blockierter Form vorliegen)
zu isocyanatreaktiven Gruppen von etwa 0,5 bis 20, vorzugsweise
von 0,8 bis 3 und mehr bevorzugt von etwa 0,9 bis 1,5 bereitgestellt
werden.
-
Um
die Härtung
zu beschleunigen, können
die Beschichtungszusammensetzungen bekannte Polyurethan-Katalysatoren enthalten,
z.B. tertiäre
Amine wie Triethylamin, Pyridin, Methylpyridin, Benzyldimethylamin,
N,N-Dimetlrylaminocyclohexan, N-Methylpiperidin, Pentamethyldiethylentriamin,
1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan und N,N'-Dimethylpiperazin, oder Metallsalze
wie Eisen(III)chlorid, Zinkchlorid, Zink-2-ethylcaproat, Zinn(II)-ethylcaproat, Dibutylzinn(IV)dilaurat
und Molybdänglycolat.
-
Die
Produkte gemäß der Erfindung
sind auch wertvolle Ausgangsmaterialien für Zweikomponenten-Polyurethan-Einbrennemaillefarblacke,
in denen die Isocyanat-Gruppen in einer Form verwendet werden, die
durch bekannte Blockierungsmittel blockiert ist. Die Blockierungsreaktion
wird auf bekannte Weise durchgeführt,
indem man die Isocyanat-Gruppen mit geeigneten Blockierungsmitteln
umsetzt, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur (z.B. etwa
40 bis 160 °C)
und gegebenenfalls in Gegenwart eines geeigneten Katalysators, z.B.
den oben beschriebenen tertiären
Aminen oder Metallsalzen.
-
Geeignete
Blockierungsmittel schließen
die folgenden ein: Monophenole, wie Phenol, die Cresole, die Trimethylphenole
und die tert-Butylphenole; tertiäre
Alkohole, wie tert.-Buranol, tert.-Amylalkohol und Dimethylphenylcarbinol;
Verbindungen, die leicht Enole bilden, wie Acetessigsäureester,
Acetylaceton und Malonsäure-Derivate,
z.B. Malonsäurediethylester;
sekundäre
aromatische Amine, wie N-Methylanilin, N-Methyltoluidin, N-Phenyltoluidin und
N-Phenylxylidin; Imide wie Succinimid; Lactame wie ɛ-Caprolactam
und δ-Valerolactam;
Oxime, wie Butanonoxim, Methylamylketoxim und Cyclohexanonoxim;
Mercaptane, wie Methylmercaptan, Ethylmercaptan, Butylmercaptan,
2-Mercaptobenzthiazol, α-Napthylmercaptan
und Dodecylmercaptan, und Triazole wie 1H-1,2,4-Triazol.
-
Die
Beschichtungszusammensetzungen können
auch andere Additive enthalten, wie Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe,
Egalisierhilfsmittel und Lösungsmittel.
Die Beschichtungszusammensetzungen können in Lösung oder aus der Schmelze
durch konventionelle Methoden, wie Aufstreichen, Walzen, Gießen oder
Sprühen, auf
das zu beschichtende Substrat aufgetragen werden.
-
Die
Beschichtungszusammensetzungen, die die Polyisocyanate gemäß der Erfindung
enthalten, stellen Beschichtungen bereit, die eine verbesserte Trocknungszeit
haben, die überraschenderweise
gut an einer metallischen Basis haften und die besonders lichtecht,
in Gegenwart von Wärme
farbstabil und sehr abriebbeständig
sind. Weiterhin sind sie durch eine hohe Härte, Elastizität, eine
sehr gute Beständigkeit
gegenüber Chemikalien,
einen hohen Glanz, eine gute Witterungsbeständigkeit, eine gute Ätzbeständigkeit
unter Umweltbedingungen und gute Pigmentierungseigenschaften gekennzeichnet.
Die Polyisocyanate gemäß der Erfindung
besitzen auch eine gute Verträglichkeit
mit stark verzweigten Polyesterharzen.
-
Die
Erfindung wird weiterhin durch die folgenden Beispiele erläutert, ohne
aber auf dieselben beschränkt
zu sein, in denen alle Teile und Prozentgehalte auf das Gewicht
bezogen sind, falls nichts Anderweitiges angegeben wird.
-
Beispiele
-
In
den folgenden Beispielen wurde die Katalysator-Lösung durch Lösen von
1,0 g Trimethylbenzylammoniumhydroxid, das 40%ig in Methanol vorliegt,
in 7,0 g Propylenglycolmonoethyletheracetat (PMA) hergestellt. Die
Stopper-Lösung
wurde durch Lösen
von 1,0 g Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure in 3,0 g 4-Isocyanatomethyl-1,8-octamethylendüsocyanat
(NTI) hergestellt.
-
Beispiel 1 – Herstellung
eines Polyisocyanats gemäß der Erfindung
-
100
g NTI wurden in einen Dreihalsrundkolben gegeben, der mit einem
mechanischen Rührer,
einem Zugabetrichter, einem Rohr zum Spülen mit Stickstoff und einem
Thermoelement versehen ist. Das Trüsocyanat wurde 2 Stunden lang
mit Stickstoff bei 90 °C
unter Rühren
gespült.
Insgesamt wurden 1,0 g der Katalysator-Lösung
während
einer Zeitspanne von 40 Minuten tropfenweise zugegeben, wobei die
Temperatur bei 90 °C
gehalten wurde. Die Umsetzung wurde bei einem NCO-Gehalt von 42,0
% (eine theoretische Umwandlung von 48 %) gestoppt, indem man 0,4
g der Stopper-Lösung
zugab. Das sich ergebende Produkt war eine klare, hellgelbe Flüssigkeit,
die keine Gelteilchen enthielt und die folgenden Eigenschaften hatte:
- Funktionalität:
3,69
- Viskosität:
80 mPa·s
(25 °C,
Spindel Nr. 3 bei 60 U/min)
-
Beispiel 2 – Herstellung
eines Polyisocyanats gemäß der Erfindung
-
100
g NTI wurden in einen Dreihalsrundkolben gegeben, der mit einem
mechanischen Rührer,
einem Zugabetrichter, einem Rohr zum Spülen mit Stickstoff und einem
Thermoelement versehen ist. Das Trüsocyanat wurde 2 Stunden lang
mit Stickstoff bei 90 °C
unter Rühren
gespült.
Insgesamt wurden 1,2 g der Katalysator-Lösung
während
einer Zeitspanne von 20 Minuten tropfenweise zugegeben, wobei die
Temperatur bei 90 °C
gehalten wurde. Die Umsetzung wurde bei einem NCO-Gehalt von 40,4
% (eine theoretische Umwandlung von 60 %) gestoppt, indem man 0,5
g der Stopper-Lösung
zugab. Das sich ergebende Produkt war eine klare, hellgelbe Flüssigkeit,
die keine Gelteilchen enthielt und die folgenden Eigenschaften hatte:
- Funktionalität:
4,08
- Viskosität:
260 mPa·s
(25 °C,
Spindel Nr. 3 bei 60 U/min)
-
Beispiel 3 – Herstellung
eines Polyisocyanats gemäß der Erfindung
-
100
g NTI wurden in einen Dreihalsrundkolben gegeben, der mit einem
mechanischen Rührer,
einem Zugabetrichter, einem Rohr zum Spülen mit Stickstoff und einem
Thermoelement versehen ist. Das Trüsocyanat wurde 2 Stunden lang
mit Stickstoff bei 90 °C
unter Rühren
gespült.
Insgesamt wurden 0,95 g der Katalysator-Lösung
während
einer Zeitspanne von 40 Minuten tropfenweise zugegeben, wobei die
Temperatur bei 90 °C
gehalten wurde. Die Umsetzung wurde bei einem NCO-Gehalt von 34,9
% (eine theoretische Umwandlung von 90 %) gestoppt, indem man 0,4
g der Stopper-Lösung
zugab. Das sich ergebende Produkt war eine klare, hellgelbe Flüssigkeit,
die keine Gelteilchen enthielt und die folgenden Eigenschaften hatte:
- Funktionalität:
4,93
- Viskosität:
5500 mPa·s
(25 °C,
Spindel Nr. 3 bei 60 U/min)
-
Beispiel 4 – Vergleich
-
250
g Hexamethylendiisocyanat wurden in einen Dreihalsrundkolben gegeben,
der mit einem mechanischen Rührer,
einem Zugabetrichter, einem Rohr zum Spülen mit Stickstoff und einem
Thermoelement versehen ist. Das Diisocyanat wurde 1,5 Stunden lang
mit Stickstoff bei 90 °C
unter Rühren
gespült.
Insgesamt wurden 1,0 g der Katalysator-Lösung während einer Zeitspanne von
2 Minuten tropfenweise zugegeben, wobei die Temperatur bei 90 °C gehalten
wurde. Die Umsetzung wurde bei einem NCO-Gehalt von 37,9 % (eine theoretische
Umwandlung von 48,4 %) gestoppt, indem man 0,4 g der Stopper-Lösung zugab.
Das sich ergebende Produkt war eine klare, hellgelbe Flüssigkeit,
die die folgenden Eigenschaften hatte:
- Funktionalität (nicht
gestrippt): 2,37
- Viskosität
(nicht gestrippt): 13 mPa·s
(25 °C,
Spindel Nr. 2 bei 100 U/min)
-
Wenn
das gesamte Monomer aus dem Produkt entfernt ist, hat die Flüssigkeit
die folgenden Eigenschaft:
- Funktionalität (gestrippt): 3,53
-
Beispiel 5 – Vergleich
-
Ein
Isocyanurat-Gruppen enthaltendes Polyisocyanat (das von Bayer Corporation
als Desmodur N 3300 erhältlich
ist), das aus 1,6-Hexamethylendüsocyanat
hergestellt wurde und einen Isocyanat-Gehalt von 21,6 % , einen
Gehalt an monomerem Diisocyanat von <0,2 % und die folgenden Eigenschaften
aufweist:
- Funktionalität
(gestrippt): 3,57
- Viskosität
(gestrippt): 3000 mPa·s
(25 °C)
-
Beispiel 6 – Vergleich
-
250
g Hexamethylendiisocyanat wurden in einen Dreihalsrundkolben gegeben,
der mit einem mechanischen Rührer,
einem Zugabetrichter, einem Rohr zum Spülen mir Stickstoff und einem
Thermoelement versehen ist. Das Diisocyanat wurde 1,5 Stunden lang
mit Stickstoff bei 90 °C
unter Rühren
gespült.
Insgesamt wurden 1,0 g der Katalysator-Lösung während einer Zeitspanne von
2 Minuten tropfenweise zugegeben, wobei die Temperatur bei 90 °C gehalten
wurde. Die Umsetzung wurde bei einem NCO-Gehalt von 34,28 % (eine theoretische
Umwandlung von 63 %) gestoppt, indem man 0,4 g der Stopper-Lösung zugab.
Das sich ergebende Produkt war eine klare, hellgelbe Flüssigkeit,
die die folgenden Eigenschaften hatte:
- Funktionalität (nicht
gestrippt): 2,57
- Viskosität
(nicht gestrippt): 38 mPa·s
(25 °C,
Spindel Nr. 2 bei 100 U/min)
-
Wenn
das gesamte Monomer aus dem Produkt entfernt wurde, hatte die Flüssigkeit
die folgenden Eigenschaften:
- Funktionalität (gestrippt):
3,78
- Viskosität
(gestrippt): 12 320 mPa·s
(25 °C,
Spindel Nr. 3 bei 60 U/min)
-
Beispiel 7 – Vergleich
-
250
g Hexamethylendiisocyanat wurden in einen Dreihalsrundkolben gegeben,
der mit einem mechanischen Rührer,
einem Zugabetrichter, einem Rohr zum Spülen mir Stickstoff und einem
Thermoelement versehen ist. Das Diisocyanat wurde 1,5 Stunden lang
mit Stickstoff bei 90 °C
unter Rühren
gespült.
Insgesamt wurden 1,0 g der Katalysator-Lösung während einer Zeitspanne von
2 Minuten tropfenweise zugegeben, wobei die Temperatur bei 90 °C gehalten
wurde. Die Umsetzung wurde bei einem NCO-Gehalt von 25,45 % (eine theoretische
Umwandlung von 98 %) gestoppt, indem man 0,4 g der Stopper-Lösung zugab.
Das sich ergebende Produkt war eine klare, hellgelbe Flüssigkeit,
die die folgenden Eigenschaften hatte:
- Funktionalität (nicht
gestrippt): 3,39
- Viskosität
(nicht gestrippt): 1950 mPa·s
(25 °C,
Spindel Nr. 2 bei 30 U/min)
-
Wenn
das. gesamte Monomer aus dem Produkt entfernt wurde, hatte die Flüssigkeit
die folgenden Eigenschaft:
- Funktionalität (gestrippt): 4,71
-
In
der folgende Tabelle sind die Daten zusammengefasst, die in den
vorhergehenden Beispielen beschrieben wurden.
-
-
Aus
den in der obigen Tabelle beschriebenen Daten ist folgendes ersichtlich:
-
- 1) Wenn Produkte, die ähnliche Viskositäten aufweisen,
verglichen werden, z.B. die Polyisocyanate des Beispiels 1 und des
Vergleichsbeispiels 6 (nicht gestrippt), so sind die Funktionalitäten der
Vergleichs-Polyisocyanate
wesentlich kleiner als die Funktionalitäten des Polyisocyanats gemäß der Erfindung.
- 2) Wenn Produkte, die ähnliche
Funktionalitäten
aufweisen, verglichen werden, so haben die Polyisocyanate gemäß der Erfidung
wesentlich niedrigere Viskositäten
als die Vergleichs-Polyisocyanate und enthalten keine Gelteilchen.
Z.B. hat das Polyisocyanat des Beispiels 2, das eine Funktionalität von 4,1
aufweist, eine Viskosität
von 260. Demgegenüber
haben die Polyisocyanate der Vergleichsbeispiele 5 und 6 (gestrippt),
selbst wenn sie kleinere Funktionalitäten von 3,57 und 3,78 haben,
wesentlich höhere
Viskositäten von
3000 bzw. 12 320. Aus den Daten ist auch ersichtlich, dass geringere Änderungen
der Funktionalität signifikante
Zunahmen der Viskosität
bewirken.
- 3) Wenn die prozentuale Umwandlung sowohl für die Polyisocyanate gemäß der Erfindung
als auch für
die Vergleichs-Polyisocyanate zunimmt, nehmen die Funktionalität und die
Viskosität
auch zu. Obwohl die Viskosität
im Vergleichsbeispiel 7 (gestrippt) nicht bestimmt wurde,
wäre daher
die Viskosität
dieses Polyisocyanats (aufgrund seiner höheren Funktionalität und der
prozentualen Umwandlung) höher
als diejenige des Polyisocyanats, das im Vergleichsbeispiel 6 (gestrippt)
erhalten wurde, und dieser Wert ist bereits größer als derjenige, der im Beispiel 3 gemäß der Erfindung
erhalten wurde.