EP2032613A2 - Alkoxysilyl functional oligomers and particles surface-modified therewith - Google Patents

Alkoxysilyl functional oligomers and particles surface-modified therewith

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Publication number
EP2032613A2
EP2032613A2 EP07765517A EP07765517A EP2032613A2 EP 2032613 A2 EP2032613 A2 EP 2032613A2 EP 07765517 A EP07765517 A EP 07765517A EP 07765517 A EP07765517 A EP 07765517A EP 2032613 A2 EP2032613 A2 EP 2032613A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
oligomers
metal
mmol
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07765517A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Briehn
Sabine Delica
Oliver Minge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Chemie AG
Original Assignee
Wacker Chemie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Chemie AG filed Critical Wacker Chemie AG
Publication of EP2032613A2 publication Critical patent/EP2032613A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F292/00Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to inorganic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F30/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal
    • C08F30/04Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal
    • C08F30/08Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal containing silicon

Definitions

  • the invention relates to alkoxysilyl-functional oligomers, core-shell particles (PA), which carry on its surface oligomer (A) and use of the particles (PA) for the production of composite materials (K).
  • the filler is a finely divided solid, which changes its properties by addition to a matrix.
  • Fillers are used today in the chemical industry for many purposes. They can change the mechanical properties of plastics, e.g. Hardness, tear strength, chemical resistance, electrical or thermal conductivities, adhesion or even shrinkage with temperature changes. Furthermore, they influence u.a. also the rheological behavior of plastic melts and improve the scratch resistance of coatings.
  • a common problem when using the - usually inorganic - particles and in particular the nanoparticles in organic systems consists in a usually insufficient compatibility of particles and matrix. This can lead to the particles not being able to disperse sufficiently well in the organic matrix. In addition, even well-dispersed particles can settle at longer stand or storage times, possibly forming larger aggregates or agglomerates, which can not or only with difficulty be separated into the original particles during a redispersion.
  • the processing of such inhomogeneous systems is in any case extremely difficult, often even impossible. For example, paints that have smooth surfaces after being applied and cured can be applied this way usually not or only after costly process produce.
  • particles which have organic groups on their surface which lead to better compatibility with the surrounding matrix.
  • the inorganic particle is masked by an organic shell.
  • the particle surface has a suitable reactivity with respect to the matrix, so that it can react with the binder system under the respective curing conditions of the formulation, it is possible to chemically incorporate the particles into the matrix during the curing, which often results in particularly good mechanical properties, but also in improved chemical resistance results.
  • amine or carbinol groups e.g. can react with polyesters, polyurethanes or polyacrylates.
  • Such systems are described for example in EP 832 947 A.
  • hydrolyzable silanes for example ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane and ⁇ -methacrylatopropyltrimethoxysilane, which are reactive with respect to the particle surface and form a siloxane shell masking the particle core when reacted with the particle, are preferably used in the prior art.
  • Such production processes are described, for example, in EP 505 737 A. These particles have a very good compatibility with an organic matrix due to the organofunctional radicals.
  • a problem with these systems may be that, when using silanes with low hydrolysis and condensation reactivity, the siloxane shell formed still has a large number of alkoxysilyl and silanol groups.
  • the stability of these particles is under the conditions of manufacture - especially under the conditions of solvent exchange - and therefore limited storage.
  • agglomeration or aggregation of the particles may occur. The reasons mentioned do not usually allow it
  • the invention relates to alkoxysilyl-functional oligomers (A) and their hydrolysis and condensation products, obtainable by polymerization of 100 parts by weight of ethylenically unsaturated alkoxy-functional silane (S) together with
  • an "oligomer” is understood as meaning a relatively high molecular weight molecule composed of at least 2 (degree of polymerization 2) but not more than 100 (degree of polymerization 100) of monomeric units. Preference is given to degrees of polymerization of from 2 to 50, particularly preferably degrees of polymerization of from 2 to 20
  • the degree of polymerization is calculated, for example, from the number-average molar mass Mn, determined by GPC or NMR, divided by the molar weighted average of all molar masses of the monomers used
  • the sequence of the silane building blocks (S) and optionally of the comonomers (C) in the oligomer (A) can each be According to the type of polymerization, they may be random, block-like, alternating or gradient-shaped, with particular preference being given to statistical and block-like sequences.
  • silane (S) come all silanes or their hydrolysis and
  • Condensation products in question which carry ethylenically unsaturated bonds, which are a polymerization, especially radical polymerization accessible.
  • polymerizable silanes are, for example, vinylsilanes, such as vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane or
  • R 1 , R 11 , R 21 C ⁇ Cg -Al kylreste s ind, n 0, 1 or 2 and
  • L is a C ] _ -Cg -Al alkylene radical.
  • R ⁇ -, R ⁇ , R 2 ⁇ may be linear, branched or cyclic.
  • R U and R 2 ⁇ methyl, ethyl, n-
  • R ⁇ , R ⁇ -, R 2 ⁇ are methyl.
  • n 0.
  • L is preferably a methylene or propylene radical. Further preferred are as
  • Silanes (S) the compounds methacryloxypropyltrimethoxysilane, acrylamidopropyltrimethoxysilane,
  • the corresponding di- and monoalkoxysilanes of said ethylenically unsaturated silanes (S) are suitable.
  • at least 10 mol%, particularly preferably at least 30 mol%, in particular at least 50 mol%, of the silanes (S) or their hydrolysis and condensation products have alkoxy groups.
  • Suitable comonomers (C) are compounds from the group consisting of vinyl esters, (meth) acrylic esters, vinylaromatics, olefins, 1,3-dienes, vinyl ethers and vinyl halides.
  • Particularly suitable vinyl esters are those of carboxylic acids having 1 to 15 carbon atoms. Preference is given to vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl laurate, 1-methylvinyl acetate, vinyl pivalate and vinyl esters of CC-branched monocarboxylates. acids having 9 to 11 carbon atoms, for example VeoVa9 ® or VeoValO ® (trade names of Resolution). Particularly preferred is vinyl acetate.
  • Suitable monomers from the group of acrylic esters or methacrylic esters are, for example, esters of unbranched or branched alcohols having 1 to 15 C atoms.
  • Preferred methacrylic esters or acrylic esters are methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, iso-butyl acrylate, isobutyl methacrylate, t-butyl acrylate, t-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate and norbornyl acrylate , Particularly preferred are methyl acrylate, methyl methacrylate, n-butyl acrylate, iso-butyl acrylate, t-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, and norborny
  • Preferred vinyl aromatic compounds are styrene, alpha-methylstyrene, the isomeric vinyltoluenes and vinylxylenes, and divinylbenzenes. Particularly preferred is styrene.
  • Vinyl halide compounds include vinyl chloride, vinylidene chloride, tetrafluoroethylene, difluoroethylene, hexylperfluoroethylene, 3,3,3-trifluoropropene, perfluoropropyl vinyl ether, hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene and vinyl fluoride. Particularly preferred is vinyl chloride.
  • a preferred vinyl ether is, for example, methyl vinyl ether.
  • the preferred olefins are ethene, propene, 1-alkyl ethenes and polyunsaturated alkenes, and the preferred dienes are
  • ethene and 1, 3-butadiene are particularly preferred.
  • Further comonomers (C) are ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids, preferably acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid and maleic acid; ethylenically unsaturated carboxylic acid amides and nitrites, preferably
  • Mono- and diesters of fumaric acid and maleic acid such as the diethyl and diisopropyl esters and maleic anhydride, ethylenically unsaturated sulfonic acids or their salts, preferably vinylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methyl-propanesulfonic acid.
  • precrosslinking comonomers such as multiply ethylenically unsaturated comonomers, for example divinyl adipate, diallyl maleate, allyl methacrylate or triallyl cyanurate, or postcrosslinking comonomers, for example acrylamidoglycolic acid (AGA), methyl acrylamido glycolic acid methyl ester (MAGME), N-methylolacrylamide (NMA), N-methylol methacrylamide, N- Methylolallyl carbamate, alkyl ethers such as the isobutoxy ether or esters of N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide and N-methylolallylcarbamate.
  • AGA acrylamidoglycolic acid
  • MAGME methyl acrylamido glycolic acid methyl ester
  • NMA N-methylolacrylamide
  • NMA N-methylol methacrylamide
  • epoxide-functional comonomers such as glycidyl methacrylate and glycidyl acrylate.
  • Particularly preferred comonomers (C) are one or more monomers from the group of vinyl acetate, vinyl esters of C-C-branched monocarboxylic acids having 9 to 11 C atoms,
  • Vinyl chloride ethylene, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, styrene, 1,3-butadiene.
  • comonomers (C) which introduce organofunctionalities into the polymer backbone, for example glycidyl (meth) acrylates, hydroxyalkyl (meth) acrylates, aminoalkyl (meth) acrylates and ZV-methylolacrylamide.
  • the preparation can be carried out in bulk or in a suitable solvent on free, radical polymerization.
  • the polymerization is initiated by means of the initiators or redox initiator combinations customary in polymer chemistry or mixtures of these.
  • the suitable initiator is, among other things, the solubility in the solvent / monomer mixture used, which must be different from zero.
  • initiators are the sodium, potassium and ammonium salts of peroxodisulfuric acid, hydrogen peroxide, t-butyl peroxide , t-butyl hydroperoxide, potassium peroxodiphosphate, t-butyl peroxypivalate, cumene hydroperoxide, isopropylbenzene monohydroperoxide,
  • Dibenzoyl peroxide or azobisisobutyronitrile are preferably used in amounts of from 0.01 to 4.0% by weight, based on the total weight of the monomers.
  • the redox initiator combinations used above are preferably used in amounts of from 0.01 to 4.0% by weight, based on the total weight of the monomers.
  • Suitable reducing agents are sulfites and bisulfites of monovalent cations, for example sodium sulfite, the derivatives of sulfoxylic acid, such as zinc or alkali metal formaldehyde sulfoxylates, for example sodium hydroxymethanesulfinate and ascorbic acid.
  • the amount of reducing agent is preferably 0.15 to 3% by weight of the amount of monomer used.
  • small amounts of a metal compound soluble in the polymerization medium can be introduced, the metal component of which is redox-active under the polymerization conditions, for example based on iron or vanadium.
  • the radical polymerization also on controlled manner, for example by the methods of ATRP (atom transfer radical polymerization), the NMP (Nitroxide mediated polymerization) or the RAFT polymerization (rapid addition fragmentation transfer).
  • ATRP atom transfer radical polymerization
  • NMP Niroxide mediated polymerization
  • RAFT polymerization rapid addition fragmentation transfer
  • ATRP polymerization it is expedient to work in the presence of a Cu (I) nitrogen complex which is known to serve as a catalyst.
  • other transition metal complexes can serve as catalysts. An overview of possible transition metal complexes can be found in K. Matyjaszewski, J. Xia, Chem. Rev. 2001, 101, 2921-2990.
  • a complex consisting of a Cu (I) center and 2,2'-bipyridine. This may have been previously formed or first formed in-situ, including from Cu (O) - or Cu (II) -Vorlaufer füren which form the catalytically active species by oxidation and reduction processes.
  • Suitable initiators are CC halocarboxylic acid derivatives such as esters, amides or thioesters. Also suitable are compounds with CC halogenated fluorene units. Also polyhalogenated compounds such as chloroform HCCI3 or carbon tetrachloride CCI4 are conceivable. Also, sulfonyl halides and
  • Halogenimides conceivable initiators. Most preferred, however, are CC halocarboxylic acid derivatives, e.g. 2-chloro / bromopropionic acid ethyl ester or 2-chloro / isobutyric acid ethyl ester.
  • Preferred solvent is toluene.
  • TEMPO 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl
  • 4-hydroxy-TEMPO 4-acetamido-TEMPO
  • polymer-bound TEMPO such as bound on silica or polystyrene.
  • Preference is in this case, a polymerization in the presence of ⁇ 1 wt .-% acetic anhydride or acetic acid. All come as initiators discussed radical starter in question.
  • the reaction proceeds preferably in organic solution and at temperatures> 100 0 C.
  • the preferred solvent is the solvent in which the oligomer is used later.
  • RAFT polymerization preference is given in particular to xanthates and dithiocarbamides as reversible terminating reagent, particular preference being given to O-alkylxanthan acids and their salts. Very particular preference is given to the sodium salt of O-ethylxanthanoic acid.
  • Initiators are all radical starters already discussed. The reaction preferably proceeds in organic solution and at temperatures ⁇ 100 ° C.
  • the preferred solvent is the solvent in which the oligomer is used later.
  • the polymerization is preferably carried out as a free or controlled radical or ionic polymerization. Preference is given to polymerization via ATRP methods and by free radical polymerization.
  • the polymerization is preferably carried out in a solvent.
  • the preferred solvent is the solvent in which the oligomer is used later.
  • the polymerization may be by ionic methods such as cationic or anionic polymerization.
  • the polymerization can be carried out batchwise, semicontinuously or continuously, with presentation of all or individual constituents of the reaction mixture, with partial introduction and subsequent addition of individual constituents of the reaction mixture or after the metering process without presentation. All dosages are preferably carried out to the extent of consumption the respective component.
  • the polymerization preferably proceeds in batch mode, unless block structures are realized where a semi-continuous procedure is preferred. In the case of free radical polymerization, a semi-continuous procedure is preferred.
  • Another object of the invention are core-shell particles (PA), which carry on its surface, the oligomer (A) or its hydrolysis and condensation products.
  • PA core-shell particles
  • the particles (PA) of the invention preferably have a specific surface area of from 0.1 to 1000 m 2 / g, more preferably from 10 to 500 m 2 / g (measured by the BET method according to DIN EN ISO 9277 / DIN 66132).
  • the average size of the primary particles is preferably less than 10 .mu.m, more preferably less than 1000 nm, wherein the primary particles can be present as aggregates (definition according to DIN 53206) and agglomerates (definition according to DIN 53206), which in
  • sizes may have from 1 to 1000 microns.
  • the oligomers (A) may be covalently attached to the particle surface via ionic or van der Waals interactions.
  • the oligomers (A) are covalently attached.
  • the oligomers (A) are outstandingly suitable for the functionalization of particles (P).
  • the resulting particles (PA) are redispersible in common organic solvents and have excellent compatibility with various matrix systems.
  • the oligomers (A) can be produced relatively inexpensively from the corresponding unsaturated silanes (S).
  • production of the redispersible and compatible particles (PA) from particles (P) and the oligomers (A) which can usually already be carried out simply by mixing both components, is very simple.
  • the oligomers (A) according to the invention and the particles (PA) accessible therefrom represent a great advantage over the prior art.
  • Another object of the invention is a process for the preparation of the particles (PA), in which particles (P) are reacted with the oligomers (A).
  • particles (P) having functions selected from metal-OH, metal-O-metal, Si-OH, Si-O-
  • R.2 represents a substituted or unsubstituted alkyl radical and X represents a halogen atom.
  • R.2 is preferably an alkyl radical having 1 to 10, in particular 1 to 6 carbon atoms.
  • X is preferably chlorine.
  • the particles (PA) particles (P) which have functions that are selected from metal-OH, Si-OH, Si-X, metal-X, metal-OR 2 , Si-OR 2 , so takes place the attachment of the oligomers (A) preferably by Hydrolysis and / or condensation. If there are exclusively metal-O-metal, metal-O-Si or Si-O-Si functions in the particle (P), the covalent attachment of the oligomers (A) can be effected by an equilibration reaction. The procedure and the needed for the Aquilibrianssre
  • Catalysts are familiar to the person skilled in the art and have been described many times in the literature.
  • oxides with covalent bond fraction in the metal-oxygen bond preferably oxides of the 3rd main group, such as boron, aluminum, gallium or indium, the 4th main group, such as silica Germanium dioxide, tin oxide, tin dioxide, lead oxide, lead dioxide, or oxides of the 4th subgroup, such as titanium oxide, zirconium oxide and hafnium oxide. Further examples are nickel, cobalt, iron, manganese, chromium and vanadium oxides.
  • zeolites a list of suitable zeolites can be found in: Atlas of Zeolite Framework Types, 5th edition, Ch. Baerlocher, W.M. Meier D.H. Olson, Amsterdam: Elsevier 2001
  • silicates aluminates, aluminophosphates, titanates and
  • Aluminum phyllosilicates eg bentonites, montmorillonites, smectites, hectorites
  • the particles (P) preferably having a specific surface area of from 0.1 to 1000 m 2 / g, particularly preferably from 10 to 500 m 2 / g (measured by the BET standard). Method according to DIN 66131 and 66132).
  • particles (P) is fumed silica, which is prepared in a flame reaction of organosilicon compounds, for example of silicon tetrachloride or methyldichlorosilane, or hydrogentrichlorosilane or
  • the preparation of the silica can be carried out optionally with and without the addition of water, for example in the step of purification; preferred is no addition of water.
  • Pyrogenic silica or silica is known for example from Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 4th Edition, Volume 21, page 464.
  • the unmodified fumed silica has a BET specific surface area, measured according to DIN EN ISO 9277 / DIN 66132 of
  • the unmodified fumed silica has a tamped density measured in accordance with DIN EN ISO 787-11 of 10 g / l to 500 g / l, preferably from 20 g / l to 200 g / l and particularly preferably from 30 g / l to 100 g / l on.
  • the fumed silica has a fractal surface dimension of preferably less than or equal to 2.3, more preferably less than or equal to 2.1, most preferably from 1.95 to 2.05, the fractal dimension of surface D 3 here defined as:
  • the particles (P) used are colloidal silicon or metal oxides, which are generally present as a dispersion of the corresponding submicron-sized oxide particles in an aqueous or organic solvent.
  • the oxides of the metals aluminum, titanium, zirconium, tantalum, tungsten, hafnium and tin or the corresponding mixed oxides can be used.
  • Particularly preferred are silica sols.
  • silica sols which are suitable for producing the particles (PA), silica sols of product lines LUDOX ® are (Grace Davison), Snowtex ® (Nissan Chemical), Klebosol ® (Clariant) and Levasil ® (HC Starck), silica sols in organic solvents such as IPA-ST (Nissan Chemical) or those silica sols which can be prepared by the Stöber process.
  • R.3 is an OH function, an optionally halogen, hydroxyl, amino, epoxy, phosphonato, thiol, (meth) acrylic, carbamate or NCO-substituted
  • the particles (P) with the oligomers (A) are preferably reacted at 0 ° C. to 150 ° C., more preferably at 20 ° C. to 80 ° C.
  • the process can be carried out both with the inclusion of solvents or solvent-free.
  • protic and aprotic solvents and mixtures of various protic and aprotic solvents are suitable.
  • Solvent mixtures having a boiling point or boiling range of up to 120 0 C at 0.1 MPa. Very particularly preferred is the use of an isopropanol / toluene mixture.
  • the oligomers (A) used to modify the particles (P) are preferably present in an amount of greater than 1% by weight (based on the particles (P)), preferably greater than 5% by weight, more preferably greater than 8% by weight. % used.
  • reaction of the particles (P) with the oligomers (A) is optionally carried out under vacuum, under pressure or at normal pressure (0.1 MPa).
  • the cleavage products, if any, formed in the reaction e.g.
  • Alcohols can either remain in the product and / or be removed by applying a vacuum or increasing the temperature of the reaction mixture.
  • all the catalysts commonly used for this purpose such as organic tin compounds, eg Dibutyltin dilaurate, dioctyltin dilaurate, dibutyltin diacetylacetonate, dibutyltin diacetate or dibutyltin dioctoate etc., organic titanates, eg titanium (IV) isopropylate, iron (III) compounds, eg iron (III) acetylacetonate, or also amines, eg triethylamine, tributylamine, 1, 4- Diazabicyclo [2, 2, 2] octane, 1,8-
  • organic tin compounds eg Dibutyltin dilaurate, dioctyltin dilaurate, dibutyltin diacetylacetonate, dibutyltin diacetate or dibutyltin dioctoate etc.
  • organic titanates eg titanium (IV
  • Diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, l, 5-diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene, N, N-bis- (N, N-dimethyl-2-aminoethyl) -methylamine, N, N-dimethylcyclohexylamine, N, N-dimethylphenlyamine, N-ethyl-morpholine, etc. are used. Also organic or inorganic Bronsted acids such as acetic acid,
  • Trifluoroacetic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and their mono- and / or diesters e.g. Butyl phosphate, isopropyl phosphate, dibutyl phosphate, etc. and acid chlorides such as benzoyl chloride are suitable as catalysts.
  • the catalysts are preferably used in concentrations of 0.01-10 wt .-%.
  • the various catalysts can be used both in pure form and as mixtures of different catalysts.
  • the catalysts used are deactivated after the reaction of the particles (P) with the oligomers (A), preferably by addition of so-called anti-catalysts or catalyst poisons, before they can lead to a cleavage of the Si-O-Si groups.
  • This side reaction is dependent on the catalyst used and does not necessarily occur, so that it may optionally be possible to dispense with a deactivation.
  • catalyst poisons are, for example, acids when using bases and, for example, when using acid, bases which neutralize the bases or acids used.
  • the products formed by the neutralization reaction may be separated or extracted by filtration. Preferably, the reaction products remain in the product.
  • the addition of water is preferred for the reaction of the particles (P) with the oligomers (A).
  • the silanes (S1), silazanes (S2), siloxanes (S3) or other compounds (L) are preferably reactive toward the functions of the surface of the particle (P).
  • the silanes (S1) and siloxanes (S3) have either silanol groups or hydrolyzable silyl functions, the latter being preferred.
  • the silanes (S1), silazanes (S2) and siloxanes (S3) can have organic functions, but it is also possible to use silanes (S1), silazanes (S2) and siloxanes (S3) without organo functions.
  • the oligomers (A) can be used as a mixture with the silanes (S1), silazanes (S2) or siloxanes (S3).
  • the particles can also be successively functionalized with the oligomers (A) and the different silane types.
  • Suitable compounds (L) are, for example, metal alcoholates, e.g. Titanium (IV) isopropoxide or aluminum (III) butanolate, protective colloids such as e.g. Polyvinyl alcohols, cellulose derivatives or vinylpyrrolidone-containing polymers and emulsifiers such. ethoxylated alcohols and phenols (alkyl radical CzpCig,
  • alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (C3 ⁇ C] _g), sulfuric acid and phosphoric acid esters and
  • Alkyl sulfonates Particularly preferred are succinic acid esters and alkali alkyl sulfates and polyvinyl alcohols. It is also possible to use a plurality of protective colloids and / or emulsifiers as a mixture. Particular preference is given to mixtures of oligomers (A) with silanes (SI) of the general formula [3],
  • Z is halogen atom, pseudohalogen radical, Si-N-bonded amine radical,
  • Amide radical, oxime radical, aminoxy radical or acyloxy radical a denotes 0, 1, 2 or 3
  • b denotes 0, 1, 2 or 3
  • R.4 has the meanings of R ⁇ R ⁇ and di e meanings of R ⁇ , and a + b is less than or equal to the fourth
  • a is preferably 0, 1 or 2
  • b is preferably 0 or 1.
  • R ⁇ preferably has the meanings of RU .
  • silazanes (S2) or siloxanes (S3) particular preference is given to using hexamethyldisilazane or hexamethyldisiloxane or linear siloxanes having organofunctional chain ends.
  • silazanes (S2), siloxanes (S3) or other compounds (L) are preferably used in an amount of> 1 wt .-% (based on the particles (P)).
  • the modified particles (PA) obtained from the particles (P) can be isolated by conventional methods such as evaporation of the solvents used or by spray drying as a powder. Alternatively, it is possible to dispense with isolation of the particles (PA).
  • Methods for deagglomerating the particles are used, such as pin mills or devices for grinding screening, such as pin mills, hammer mills, countercurrent mills, bead mills, ball mills, impact mills or devices for grinding sifting.
  • Another object of the invention is a process for the preparation of the particles (PA), in which the attachment of the oligomers (A) takes place during the synthesis of the particles (P).
  • the particles (P) can preferably be prepared by cohydrolysis of oligomers (A) with alkoxysilanes (S1) of the general formula [3], silazanes (S2) or siloxanes (S3).
  • Another object of the invention is the use of the particles (PA) according to the invention for the production of composite materials (K).
  • Both inorganic and organic polymers are used as matrix materials (M) for the production of the composite materials (K).
  • polymer matrices (M) are polyethylenes, polypropylenes, polyamides, polyimides, polycarbonates, polyesters, polyetherimides, polyethersulfones, polyphenylene oxides, polyphenylene sulfides, polysulfones (PSU), polyphenylsulfones (PPSU), polyurethanes, polyvinyl chlorides, polytetrafluoroethylenes (PTFE), polystyrenes (PS ), Polyvinyl alcohols (PVA), polyether glycols (PEG), polyphenylene oxides (PPO), polyaryl ether ketones, epoxy resins, polyacrylates, polymethacrylates and silicone resins.
  • Polymers which are likewise suitable as matrix (M) are oxidic materials which are accessible by customary sol-gel processes known to the person skilled in the art.
  • sol-gel process hydrolyzable and condensable silanes are used and / or organometallic reagents are hydrolyzed by means of water and optionally in the presence of a catalyst and cured by suitable methods to the silicate or oxidic materials.
  • organofunctional groups such as, for example, epoxy, methacrylic, amine groups
  • sol-gel materials are thus suitable as matrix (M), which are accessible by reaction of an epoxy-functional alkoxysilane with an epoxy resin and optionally in the presence of an amine curing agent.
  • sol-gel materials can be prepared from amino-functional alkoxysilanes and epoxy resins.
  • M matrix materials
  • M are mixtures of different matrix polymers or the corresponding copolymers.
  • Reactive resins are compounds which have one or more reactive groups. Examples of reactive groups here are hydroxyl, amino, isocyanate, epoxide Groups, ethylenically unsaturated groups and moisture-curing alkoxysilyl groups called. In the presence of a suitable hardener or an initiator, the reactive resins can be polymerized by thermal treatment or actinic radiation.
  • the reactive resins may be present in monomeric, oligomeric and polymeric form.
  • Examples of common reactive resins are: hydroxy-functional resins, e.g. hydroxyl-containing polyacrylates or polyesters which are crosslinked with isocyanate-functional curing agents; acrylic and methacrylic functional resins which are cured thermally or by actinic radiation upon addition of an initiator; Epoxy resins crosslinked with amine curing agents; vinyl-functional siloxanes which can be crosslinked by reaction with a SiH-functional hardener; SiOH-functional siloxanes which can be cured by a polycondensation.
  • the particles (PS) according to the invention may have a distribution gradient or be homogeneously distributed in the composite material (K).
  • K composite material
  • both a homogeneous distribution and an uneven distribution of the particles can have an advantageous effect, for example, with respect to mechanical stability or chemical resistance.
  • the particles (PA) according to the invention carry organofunctional groups which are reactive with respect to the matrix (M), the particles (PA) can be covalently bonded to the matrix (M) after the particles have been dispersed.
  • the amount of the particles (PA) contained in the composite material (K) is preferably at least, based on the total weight 1 wt .-%, preferably at least 5 wt .-%, particularly preferably at least 10% and preferably at most 90 wt .-%.
  • the composite materials (K) may contain one or more different particle types (PA).
  • composites (K) are the subject of the invention containing modified silica and modified alumina.
  • the preparation of the composite materials (K) is preferably carried out in a two-stage process.
  • dispersions (D) are prepared by incorporation of the particles (PA) into the matrix material (M).
  • the dispersions (D) are converted into the composite materials (K).
  • the matrix material (M) and the particles (PA) according to the invention are dissolved or dispersed in a solvent, preferably a polar aprotic or protic solvent, or a solvent mixture.
  • a solvent preferably a polar aprotic or protic solvent, or a solvent mixture.
  • the matrix (M) can be added to the particles (PA) or the particles (PA) to the matrix (M).
  • additives and additives usually used for dispersion include Brönsted acids, such as hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, trifluoroacetic acid, acetic acid, methylsulfonic acid, Bronsted bases, such as triethylamine and ethyldiisopropylamine.
  • emulsifiers and / or protective colloids can be used as further additives.
  • protective colloids are polyvinyl alcohols, Cellulose derivatives or vinylpyrrolidone-containing polymers.
  • Common emulsifiers are, for example, ethoxylated alcohols and phenols (alkyl radical C4-C18 / EO grade 3-100), alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (C3-C17_g), sulfuric acid and phosphoric acid esters and alkyl sulfonates.
  • succinic acid esters as well as alkali alkyl sulfates and polyvinyl alcohols. It is also possible to use a plurality of protective colloids and / or emulsifiers as a mixture.
  • the dispersions (D) can also be prepared by a melt or extrusion process.
  • the dispersion (D) can be prepared by modifying particles (P) in the matrix material (M).
  • the particles (P) in the matrix material (M) are dispersed and then reacted with the oligomers (A) to the particles (PA).
  • the corresponding solvents are removed after preparation of the dispersion (D).
  • the removal of the solvent is preferably carried out by distillation.
  • the solvent may remain in the dispersion (D) and be removed by drying in the course of the preparation of the composite material (K).
  • the dispersions (D) can also contain common solvents and the additives and additives customary in formulations. Amongst others, leveling agents, surface-active substances, adhesion promoters, light stabilizers such as UV absorbers and / or free-radical scavengers, thixotropic agents should be mentioned here as well as other solids and fillers. To produce the respective desired property profiles of both the dispersions (D) and the composites (K), such additives are preferred.
  • Dispersions containing particles (PA) and matrix (M) on a substrate geräkelelt. Further processes are immersion, spraying, casting and extrusion processes.
  • Suitable substrates include i.a. Glass, metal, wood, silicon wafers and plastics such as e.g. Polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polystyrene and PTFE.
  • the curing of the dispersions preferably takes place after addition of a hardener or
  • Initiator by actinic radiation or thermal energy.
  • the composite materials (K) can be produced by forming the particles (PA) according to the invention in the matrix (M).
  • One common method of making these composite materials (K) is sol-gel synthesis which involves the use of particle precursors, e.g. hydrolyzable organometallic or organosilicon compounds and the oligomers (A) are dissolved in the matrix (M) and then the particle formation, for example by adding a
  • Suitable particle precursors are tetraethoxysilane, tetramethoxysilane,
  • Methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, etc. The sol-gel mixtures are applied to a substrate for the preparation of the composite (K) and dried by evaporation of the solvent.
  • a cured polymer is swollen by a suitable solvent and immersed in a solution containing as particle precursors, for example, hydrolyzable organometallic or organosilicon compounds and the oligomers (A).
  • particle precursors for example, hydrolyzable organometallic or organosilicon compounds and the oligomers (A).
  • the particle formation of the particle precursors enriched in the polymer matrix is then initiated by the methods mentioned above.
  • the composite materials (K) can be used in particular as adhesives and sealants, coatings and as sealants and potting compounds.
  • the particles (PA) according to the invention are characterized in that they are used in polar systems, such as solvent-free polymers and resins, or solutions, suspensions, emulsions and dispersions of organic resins, in aqueous systems or in organic solvents (eg: Polyester, vinyl esters, epoxies, polyurethanes, alkyd resins, etc.) have a high thickening effect, and are therefore suitable as rheological additives in these systems. As a rheological additive in these systems, the particles (PA) provide the necessary viscosity required,
  • Intrinsic viscosity, thixotropy and yield strength sufficient for standing on vertical surfaces.
  • the surface-modified particles are characterized in that they prevent caking or clumping, eg under the influence of moisture, in pulverulent systems, but also do not tend to Reagglomeration, and thus get the undesirable separation, but powders flowable and thus allow load-stable and storage-stable mixtures.
  • particle amounts of from 0.1 to 3% by weight, based on the powdery system, are used.
  • Another object of the invention is the use of the particles (PA) in toners, developers and
  • Such developers and toners are, for example, magnetic 1-component and 2-component toner, but also non-magnetic toner. These toners may contain, as a principal ingredient, resins such as styrene and acrylic resins, preferably milled to particle distributions of 1-100 microns, or may be resins used in dispersion or emulsion or solution polymerization processes or in bulk to particle distributions of preferably 1-100 ⁇ m were produced. Silicon and metal oxide is preferably used to improve and control the powder flow behavior, and / or to regulate and control the triboelectric charging properties of the toner or developer. Such toners and developers can be used in electrophotographic printing and printing processes, and are useful in direct image transfer processes. All the above symbols of the above formulas each have their meanings independently of each other. In all formulas, the silicon atom is tetravalent.
  • Example 1 Synthesis of an oligomer A, according to the invention: To a mixture of 48 mmol of methacryloxymethyltriethoxysilane (GENIOSIL® XL-36, Wacker Chemie AG, Kunststoff, Germany), 0.6 mmol of Cu (I) Cl and 1.32 mmol 2,2'-bipyridine in 10 ml of toluene are added under a nitrogen atmosphere 1.8 mmol of ethoxybromo-isobutyrate. The mixture is heated over a period of 12 h at 70 0 C.
  • methacryloxymethyltriethoxysilane GIOSIL® XL-36, Wacker Chemie AG, Kunststoff, Germany
  • the mixture is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to give a 56% solution of Oligomethacrylsilan in toluene with a particular by GPC number average molecular weight of 4280 g / mol and a weight average molecular weight of 6670 g / mol at a polydispersity of 1.55.
  • the determined by ⁇ H-NMR conversion is 85%.
  • Example 2 Synthesis of an oligomer A, according to the invention: To a mixture of 48 mmol of methacryloxymethyl (diethoxy) methylsilane (GENIOSIL® XL-34, Wacker Chemie AG, Kunststoff, Germany), 0.6 mmol of Cu (I) Cl and 1 , 32 mmol 2,2'-
  • Bipyridine in 10 ml of toluene are added under nitrogen atmosphere 1.8 mmol Ethoxybromoisobutyrat.
  • the mixture is heated over a period of 12 h at 70 0 C.
  • the mixture is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to give a 53% solution of Oligomethacrylsilan in toluene with a particular by GPC number average molecular weight of 3730 g / mol and a weight average molecular weight of 6100 g / mol at a polydispersity of 1.81.
  • the determined by ⁇ H-NMR conversion is 65%.
  • the mixture is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to give a 56% solution of Oligomethacrylsilan in toluene with a particular by GPC number average molecular weight of 4730 g / mol and a weight average molecular weight of 8160 g / mol at a polydispersity of 1.72.
  • the determined by ⁇ H-NMR conversion is> 95%.
  • the product is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to obtain a 58% solution of hydroxypropyl-modified oligomethacrylosilane in toluene with a GPC-determined number average molecular weight of 4636 g / mol and a weight average Molecular weight of 7600 g / mol at a polydispersity of 1.64.
  • the determined by IH-NMR conversion is> 80%.
  • Example 8 Synthesis of an oligomer A, according to the invention: To a mixture of 10 mmol butyl methacrylate, 96 mmol
  • Methacryloxymethyltrimethoxysilane (GENIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, Kunststoff, Germany), 1.2 mmol of Cu (I) Cl and 2.62 mmol of 2,2'-bipyridine in 20 ml of toluene under a nitrogen atmosphere, 7.2 mmol Ethoxybromoisobutyrate added. The mixture is heated to 70 ° C. over a period of 15 hours.
  • the product is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to obtain a 53% solution of butyl-modified oligomethacrylosilane in toluene with a GPC-determined number average molecular weight of 4820 g / mol and a weight average Molar mass of 7220 g / mol at a polydispersity of 1.50.
  • the determined by ⁇ H-NMR conversion is> 95%.
  • Example 9 Synthesis of an oligomer A, according to the invention: To a mixture of 10 g mmol of methacryloxymethyltrimethoxysilane (GENIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, Kunststoff, Germany), 0.3 g of laurylmercaptan and 0.3 g of tert-butyltrimethoxysilane. Butyl peroxybenzoate in 20 ml of toluene are heated to 110 0 C under a nitrogen atmosphere over a period of 7 h. A 33% solution of oligomethacrylsilane in toluene is obtained.
  • methacryloxymethyltrimethoxysilane GIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, Kunststoff, Germany
  • Butyl peroxybenzoate in 20 ml of toluene are heated to 110 0 C under a nitrogen atmosphere over a period of 7 h.
  • Example 10 Synthesis of an oligomer A, according to the invention: To a mixture of 10 grams of methacryloxypropyltrimethoxysilane (GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, Kunststoff, Germany), 0.3 grams of laurylmercaptan and 0.3 grams of tert-butyl peroxybenzoate in 20 ml of toluene are heated to 110 ° C. under a nitrogen atmosphere over a period of 7 hours. This gives a 33% solution of oligomethacrylsilane in Toluene with a number average molecular weight of about 7000 g / mol determined by GPC.
  • GPC methacryloxypropyltrimethoxysilane
  • silica sol in isopropanol (IPA- ST® from Nissan Chemical, 30.5% by weight of SiC> 2, mean particle size 12 nm) is added a solution of 75 ⁇ l of the 56% solution described in Example 5 Dropped oligomers and the reaction mixture stirred for 12 h at room temperature. After addition of 15 g of methoxypropyl acetate, the reaction mixture is concentrated under reduced pressure to a solids content of 10 wt .-%. A modified silica sol is obtained which shows a slight Tyndall effect and contains only traces of isopropanol.
  • IPA- ST® isopropanol
  • Dispersion which, like the unmodified silica sol, has a slight Tyndall effect.
  • Example 14 Preparation of coating formulations, the paints obtainable therefrom and characterization of the coatings
  • an acrylate-based paint polyol having a solids content of 52.4% by weight (solvent: solvent naphtha, methoxypropyl acetate (10: 1)), a hydroxyl group content of 1.46 mmol / g resin solution and an acid number of 10-15 mg KOH / g with Desmodur® BL 3175 SN from Bayer (butanoxime-blocked polyisocyanate, blocked NCO content of 2.64 mmol / g).
  • solvent naphtha, methoxypropyl acetate (10: 1) solvent naphtha, methoxypropyl acetate (10: 1
  • a hydroxyl group content 1.46 mmol / g resin solution
  • the amounts of the respective components used can be found in Table 1. Subsequently
  • molar ratios of protected isocyanate functions to hydroxyl groups of about 1.1: 1 are achieved. Furthermore, in each case 0.01 g of a dibutyltin dilaurate and 0.03 g of a 10% strength solution ADDID® 100 from TEGO AG (flow control agent based on polydimethylsiloxane) in isopropanol are admixed, as a result of which coating formulations having a solids content of about 50% are obtained. These initially slightly cloudy mixtures are stirred for 48 h at room temperature to give clear coating formulations.
  • ADDID® 100 flow control agent based on polydimethylsiloxane
  • the coating compositions of the compositions shown in Table 1 are each wound on a glass plate by means of a film applicator Coatmaster® 509 MC from Erichsen using a squeegee with a gap height of 120 ⁇ m. Subsequently, the resulting coating films are dried in a circulating air dryer for 30 minutes at 70 0 C and then at 150 0 C for 30 min. From all paint formulations optically flawless, smooth coatings are obtained.
  • the gloss of the coatings is determined with a gloss meter Micro gloss 20 ° from Byk and is in all paint formulation between 159 and 164 gloss units.
  • the scratch resistance of the cured coating films produced in this way is determined using a scouring tester according to Peter-Dahn. For this, a scouring fleece Scotch Brite® 2297 with an area of 45 x 45 mm and a weight of 500 g is weighted. With this, the paint samples are scratched with a total of 50 strokes. Both before and after the end of the scratching tests, the Gloss of the respective coating with a gloss meter Micro gloss 20 ° from the Byk company.
  • the loss of gloss is determined in comparison with the starting value:

Abstract

The invention relates to alkoxysilyl functional oligomers (A) and the hydrolysis and condensation products thereof, obtained from polymerisation of 100 parts by weight of ethylenically unsaturated alkoxy functional silane (S) together with 0 to 100 parts by weight of ethylenically unsaturated comonomers (C), core-shell particles (PA), with oligomers (A) on the surface thereof and use of said particles (PA) for producing composite materials (K).

Description

Alkoxysilylfunktionelle Oligomere und damit oberflächenmodifizierte Partikel Alkoxysilyl-functional oligomers and thus surface-modified particles
Die Erfindung betrifft alkoxysilylfunktionelle Oligomere, Kern- Hülle-Partikel (PA) , die an ihrer Oberfläche Oligomer (A) tragen und Verwendung der Partikel (PA) zur Herstellung von Kompositmaterialien (K) .The invention relates to alkoxysilyl-functional oligomers, core-shell particles (PA), which carry on its surface oligomer (A) and use of the particles (PA) for the production of composite materials (K).
Als Füllstoff wird ein fein verteilter Feststoff bezeichnet, welcher durch Zugabe zu einer Matrix deren Eigenschaften verändert. Füllstoffe werden heutzutage in der chemischen Industrie für viele Zwecke eingesetzt. Sie können die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen verändern wie z.B. Härte, Reißfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit, elektrische oder thermische Leitfähigkeiten, Haftung oder auch den Schrumpf bei Temperaturänderungen. Weiterhin beeinflussen sie u.a. auch das rheologisches Verhalten von Kunststoffschmelzen und verbessern die Kratzfestigkeit von Beschichtungen .The filler is a finely divided solid, which changes its properties by addition to a matrix. Fillers are used today in the chemical industry for many purposes. They can change the mechanical properties of plastics, e.g. Hardness, tear strength, chemical resistance, electrical or thermal conductivities, adhesion or even shrinkage with temperature changes. Furthermore, they influence u.a. also the rheological behavior of plastic melts and improve the scratch resistance of coatings.
Ein häufig auftretendes Problem beim Einsatz der - in der Regel anorganischen - Partikel und insbesondere der Nanopartikel in organischen Systemen besteht in einer meist unzureichenden Verträglichkeit von Partikel und Matrix. Dies kann dazu führen, dass sich die Teilchen nicht hinreichend gut in der organischen Matrix dispergieren lassen. Zudem können sich selbst gut dispergierte Partikel bei längeren Stand- oder Lagerzeiten absetzen, wobei sich gegebenenfalls größere Aggregate bzw. Agglomerate ausbilden, die sich auch bei einer Redispergierung nicht bzw. nur schlecht in die ursprünglichen Teilchen auftrennen lassen. Die Verarbeitung von solchen inhomogenen Systemen ist in jedem Falle äußerst schwierig, oftmals sogar unmöglich. So lassen sich beispielsweise Lacke, die nach ihrer Auftragung und Härtung über glatte Oberflächen verfügen, auf diesem Weg in der Regel nicht oder nur nach kostenintensiven Verfahren herstellen.A common problem when using the - usually inorganic - particles and in particular the nanoparticles in organic systems consists in a usually insufficient compatibility of particles and matrix. This can lead to the particles not being able to disperse sufficiently well in the organic matrix. In addition, even well-dispersed particles can settle at longer stand or storage times, possibly forming larger aggregates or agglomerates, which can not or only with difficulty be separated into the original particles during a redispersion. The processing of such inhomogeneous systems is in any case extremely difficult, often even impossible. For example, paints that have smooth surfaces after being applied and cured can be applied this way usually not or only after costly process produce.
Günstig ist daher der Einsatz von Partikeln, die auf ihrer Oberfläche über organische Gruppen verfügen, welche zu einer besseren Verträglichkeit mit der umgebenden Matrix führen. Auf diese Weise wird das anorganische Partikel durch eine organische Hülle maskiert. Besitzt die Partikeloberfläche zudem eine geeignete Reaktivität gegenüber der Matrix, so dass sie unter den jeweiligen Härtungsbedingungen der Formulierung mit dem Bindemittelsystem reagieren kann, gelingt es, die Partikel während der Härtung chemisch in die Matrix einzubauen, was oftmals besonders gute mechanische Eigenschaften, aber auch eine verbesserte Chemikalienbeständigkeit zur Folge hat. Bevorzugt sind dabei beispielsweise Amin- oder Carbinol- Gruppen, die z.B. mit Polyestern, Polyurethanen oder Polyacrylaten reagieren können. Derartige Systeme sind beispielsweise in EP 832 947 A beschrieben.It is therefore advantageous to use particles which have organic groups on their surface which lead to better compatibility with the surrounding matrix. In this way, the inorganic particle is masked by an organic shell. In addition, if the particle surface has a suitable reactivity with respect to the matrix, so that it can react with the binder system under the respective curing conditions of the formulation, it is possible to chemically incorporate the particles into the matrix during the curing, which often results in particularly good mechanical properties, but also in improved chemical resistance results. For example, amine or carbinol groups, e.g. can react with polyesters, polyurethanes or polyacrylates. Such systems are described for example in EP 832 947 A.
Zur Oberflächenmodifizierung werden nach Stand der Technik bevorzugt hydrolysierbare Silane wie beispielsweise γ- Glycidoxypropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropyltrimethoxysilan und γ-Methacrylatopropyltrimethoxysilan eingesetzt, die gegenüber der Partikeloberfläche reaktiv sind und bei Umsetzung mit dem Partikel eine den Partikelkern maskierende Siloxanhülle ausbilden. Solche Herstellungsverfahren sind beispielsweise in EP 505 737 A beschrieben. Diese Partikel weisen aufgrund der organofunktionellen Reste eine sehr gute Verträglichkeit mit einer organischen Matrix auf. Problematisch bei diesen Systemen kann jedoch sein, dass bei Einsatz von Silanen mit geringer Hydrolyse- und Kondensationsreaktivität die gebildete Siloxanhülle noch über eine große Anzahl von Alkoxysilyl- und Silanolgruppen verfügt. Die Stabilität dieser Partikel ist unter den Bedingungen der Herstellung - insbesondere unter den Bedingungen eines Lösungsmittelaustauschs - und der Lagerung daher eingeschränkt. Es kann trotz maskierender Siloxanhülle zu einer Agglomeration bzw. Aggregation der Partikel kommen. Die genannten Gründe gestatten es in der Regel auch nicht, dieFor surface modification, hydrolyzable silanes, for example γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane and γ-methacrylatopropyltrimethoxysilane, which are reactive with respect to the particle surface and form a siloxane shell masking the particle core when reacted with the particle, are preferably used in the prior art. Such production processes are described, for example, in EP 505 737 A. These particles have a very good compatibility with an organic matrix due to the organofunctional radicals. However, a problem with these systems may be that, when using silanes with low hydrolysis and condensation reactivity, the siloxane shell formed still has a large number of alkoxysilyl and silanol groups. The stability of these particles is under the conditions of manufacture - especially under the conditions of solvent exchange - and therefore limited storage. Despite masking siloxane shell, agglomeration or aggregation of the particles may occur. The reasons mentioned do not usually allow it
Partikel als Feststoff zu isolieren und anschließend in einem Lösungsmittel oder in der Kompositmatrix zu redispergieren . Dabei wäre eine solche Redispergierbarkeit der Partikel besonders wünschenswert, da die Herstellung der Kompositmaterialien dadurch wesentlich erleichtert würde.To isolate particles as a solid and then to redisperse in a solvent or in the composite matrix. In this case, such a redispersibility of the particles would be particularly desirable since the production of the composite materials would thereby be substantially facilitated.
Die Herstellung von Kern-Hülle-Partikeln, die an ihrer Oberfläche frei von Alkoxysilyl- und Silanolgruppen sind und folglich eine geringere Agglomerationsneigung aufweisen, lehren die Schriften EP 0 492 376 A und DE 10 2004 022 406 A. Hierzu wird in einem ersten Schritt durch Cokondensation verschiedener Silane und Siloxane, wobei mindestens ein Silan oder Siloxan Methacrylgruppen trägt, ein Siloxanpartikel erzeugt, auf das im Folgeschritt durch Umsetzung mit Methylmethacrylat eine Polymethylmethacrylat-Hülle aufgepfropft wird. Die erhaltenen Partikel zeigen hervorragende Verträglichkeiten in organischen Polymeren wie z.B. Polymethylmethacrylat und PVC. Diese Siloxan-Pfropfpolymerisate haben zudem den Vorteil, dass sie bei geeigneter Zusammensetzung und Dicke der gepfropften Hülle redispergierbar sind. Sie besitzen jedoch den Nachteil, in ihrer Herstellung relativ aufwendig zu sein, was zu hohen Herstellungskosten führt.The production of core-shell particles which are free of alkoxysilyl and silanol groups on their surface and consequently have a lower tendency to agglomerate is taught by the documents EP 0 492 376 A and DE 10 2004 022 406 A. For this purpose, in a first step Cocondensation of various silanes and siloxanes, wherein at least one silane or siloxane carries methacrylic groups, produces a siloxane particle onto which a polymethyl methacrylate shell is grafted in the subsequent step by reaction with methyl methacrylate. The resulting particles show excellent compatibilities in organic polymers, e.g. Polymethyl methacrylate and PVC. These siloxane graft polymers also have the advantage that they are redispersible with a suitable composition and thickness of the grafted shell. However, they have the disadvantage of being relatively expensive to produce, which leads to high production costs.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, einen Oberflächenmodifikator zur Verfügung zu stellen, der die Herstellung von Kern-Hülle-Partikeln ermöglicht und zudem die Nachteile entsprechend des Standes der Technik überwindet. Gegenstand der Erfindung sind alkoxysilylfunktionelle Oligomere (A) und deren Hydrolyse- und Kondensationsprodukte, erhältlich durch Polymerisation von 100 Gewichtsteilen ethylenisch ungesättigtem alkoxyfunktio- nellem Silan (S) zusammen mitIt is an object of the present invention to provide a surface modifier which enables the production of core-shell particles and, moreover, overcomes the disadvantages of the prior art. The invention relates to alkoxysilyl-functional oligomers (A) and their hydrolysis and condensation products, obtainable by polymerization of 100 parts by weight of ethylenically unsaturated alkoxy-functional silane (S) together with
0 bis 100 Gewichtsteilen ethylenisch ungesättigten Comonomeren (C) .0 to 100 parts by weight of ethylenically unsaturated comonomer (C).
Als „Oligomer" wird in diesem Zusammenhang ein sich aus wenigstens 2 (Polymerisationsgrad 2), jedoch höchstens 100 (Polymerisationsgrad 100) monomeren Einheiten zusammengesetztes, höhermolekulares Molekül verstanden. Bevorzugt sind dabei Polymerisationsgrade von 2 bis 50, besonders bevorzugt sind Polymerisationsgrade von 2 bis 20. Der Polymerisationsgrad errechnet sich beispielsweise aus der über GPC oder NMR ermittelten zahlenmittleren Molmasse Mn dividiert durch den molar gewichteten Mittelwert aller Molmassen der eingesetzten Monomere. Die Abfolge der Silanbausteine (S) und gegebenenfalls der Comonomere (C) im Oligomer (A) kann dabei je nach Polymerisationsart statistisch, blockartig, alternierend oder gradientenartig gestaltet sein. Besonders bevorzugt sind statistische und blockartige Abfolgen.In this context, an "oligomer" is understood as meaning a relatively high molecular weight molecule composed of at least 2 (degree of polymerization 2) but not more than 100 (degree of polymerization 100) of monomeric units. Preference is given to degrees of polymerization of from 2 to 50, particularly preferably degrees of polymerization of from 2 to 20 The degree of polymerization is calculated, for example, from the number-average molar mass Mn, determined by GPC or NMR, divided by the molar weighted average of all molar masses of the monomers used The sequence of the silane building blocks (S) and optionally of the comonomers (C) in the oligomer (A) can each be According to the type of polymerization, they may be random, block-like, alternating or gradient-shaped, with particular preference being given to statistical and block-like sequences.
Als Silan (S) kommen alle Silane bzw. deren Hydrolyse- undAs silane (S) come all silanes or their hydrolysis and
Kondensationsprodukte in Frage, welche ethylenisch ungesättigte Bindungen tragen, die einer Polymerisation, insbesondere radikalischen Polymerisation zugänglich sind. Beispiele solcher polymerisierbaren Silane sind etwa Vinylsilane wie Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan oderCondensation products in question, which carry ethylenically unsaturated bonds, which are a polymerization, especially radical polymerization accessible. Examples of such polymerizable silanes are, for example, vinylsilanes, such as vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane or
Vinyltriacetoxysilan sowie Acryl- und Methacrylsilane, beispielsweise die von der Firma Wacker Chemie AG, München, Deutschland, vertriebenen Silane GENIOSIL® GF-31, XL-33, XL-32, XL-34 und XL-36. Besonders bevorzugt sind Silane (S) der allgemeinen Formel [1],Vinyltriacetoxysilane and acrylic and methacrylic silanes, for example, by Wacker Chemie AG, Munich, Germany, marketed silanes GENIOSIL® ® GF-31, XL-33, XL-32, XL-34 and XL-36. Particular preference is given to silanes (S) of the general formula [1],
R1 H (R11O) 3_nSi-L-O-CO-CR21=CH2 [1]R 1 H (R 11 O) 3 n Si-LO-CO-CR 21 = CH 2 [1]
wobeiin which
R1 , R11 , R21 C^Cg -Al kylreste s ind, n Werte 0 , 1 oder 2 undR 1 , R 11 , R 21 C ^ Cg -Al kylreste s ind, n 0, 1 or 2 and
L einen C]_ -Cg -Al kylenrest bedeutet .L is a C ] _ -Cg -Al alkylene radical.
Die Reste R^-, R^, R2^ können linear, verzweigt oder cyclisch sein. Vorzugsweise bedeuten RÜ und R2^ Methyl-, Ethyl-, n-The radicals R ^ -, R ^, R 2 ^ may be linear, branched or cyclic. Preferably, R U and R 2 ^ methyl, ethyl, n-
Propyl- oder Isopropylreste . Insbesondere bedeuten R^, R^- , R2^ Methyl. Insbesondere ist n = 0. Vorzugsweise ist L ein Methylen- oder Propylenrest . Weiterhin bevorzugt sind alsPropyl or isopropyl radicals. In particular, R ^, R ^ -, R 2 ^ are methyl. In particular, n = 0. L is preferably a methylene or propylene radical. Further preferred are as
Silane (S) die Verbindungen Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Acrylamidopropyltrimethoxysilan,Silanes (S) the compounds methacryloxypropyltrimethoxysilane, acrylamidopropyltrimethoxysilane,
Methacrylamidopropyltrimethoxysilan, Acrylamidornethyltri- methoxysilan, Methacrylamidomethyltrimethoxysilan . Ebenso sind die entsprechenden Di- und Monoalkoxysilane der genannten ethylenisch ungesättigten Silane (S) geeignet. Vorzugsweise weisen mindestens 10 Mol-%, besonders bevorzugt mindestens 30 Mol-%, insbesondere mindestens 50 Mol-% der Silane (S) bzw. deren Hydrolyse- und Kondensationsprodukte Alkoxygruppen auf.Methacrylamidopropyltrimethoxysilane, acrylamidomethyltrimethoxysilane, methacrylamidomethyltrimethoxysilane. Likewise, the corresponding di- and monoalkoxysilanes of said ethylenically unsaturated silanes (S) are suitable. Preferably, at least 10 mol%, particularly preferably at least 30 mol%, in particular at least 50 mol%, of the silanes (S) or their hydrolysis and condensation products have alkoxy groups.
Als Comonomere (C) geeignet sind Verbindungen aus der Gruppe umfassend Vinylester, (Meth) acrylsäureester, Vinylaromaten, Olefine, 1,3-Diene, Vinylether und Vinylhalogenide . Besonders geeignete Vinylester sind solche von Carbonsäuren mit 1 bis 15 C-Atomen. Bevorzugt werden Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyl- butyrat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinyllaurat, 1-Methylvinyl- acetat, Vinylpivalat und Vinylester von CC-verzweigten Monocar- bonsäuren mit 9 bis 11 C-Atomen, beispielsweise VeoVa9® oder VeoValO® (Handelsnamen der Firma Resolution) . Besonders bevorzugt ist Vinylacetat.Suitable comonomers (C) are compounds from the group consisting of vinyl esters, (meth) acrylic esters, vinylaromatics, olefins, 1,3-dienes, vinyl ethers and vinyl halides. Particularly suitable vinyl esters are those of carboxylic acids having 1 to 15 carbon atoms. Preference is given to vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl laurate, 1-methylvinyl acetate, vinyl pivalate and vinyl esters of CC-branched monocarboxylates. acids having 9 to 11 carbon atoms, for example VeoVa9 ® or VeoValO ® (trade names of Resolution). Particularly preferred is vinyl acetate.
Geeignete Monomeren aus der Gruppe Acrylsäureester oder Methacrylsäureester sind beispielsweise Ester von unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen. Bevorzugte Methacrylsäureester oder Acrylsäureester sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propyl- acrylat, Propylmethacrylat, n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, iso-Butylacrylat, iso-Butylmethacrylat, t-Butylacrylat, t-Bu- tylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und Norbornylacrylat . Besonders bevorzugt sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, n- Butylacrylat, iso-Butylacrylat, t-Butylacrylat, 2-Ethyl- hexylacrylat, und Norbornylacrylat. Als Vinylaromaten bevorzugt sind Styrol, alpha-Methylstyrol, die isomeren Vinyltoluole und Vinylxylole sowie Divinylbenzole . Besonders bevorzugt ist Styrol. Unter den Vinylhalogenver- bindungen sind Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, ferner Tetra- fluorethylen, Difluorethylen, Hexylperfluorethylen, 3,3,3- Trifluorpropen, Perfluorpropylvinylether, Hexafluorpropylen, Chlortrifluorethylen und Vinylfluorid zu nennen. Besonders bevorzugt ist Vinylchlorid.Suitable monomers from the group of acrylic esters or methacrylic esters are, for example, esters of unbranched or branched alcohols having 1 to 15 C atoms. Preferred methacrylic esters or acrylic esters are methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, iso-butyl acrylate, isobutyl methacrylate, t-butyl acrylate, t-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate and norbornyl acrylate , Particularly preferred are methyl acrylate, methyl methacrylate, n-butyl acrylate, iso-butyl acrylate, t-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, and norbornyl acrylate. Preferred vinyl aromatic compounds are styrene, alpha-methylstyrene, the isomeric vinyltoluenes and vinylxylenes, and divinylbenzenes. Particularly preferred is styrene. Vinyl halide compounds include vinyl chloride, vinylidene chloride, tetrafluoroethylene, difluoroethylene, hexylperfluoroethylene, 3,3,3-trifluoropropene, perfluoropropyl vinyl ether, hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene and vinyl fluoride. Particularly preferred is vinyl chloride.
Ein bevorzugter Vinylether ist beispielsweise Methylvinylether . Die bevorzugten Olefine sind Ethen, Propen, 1-Alkylethene sowie mehrfach ungesättigte Alkene, und die bevorzugten Diene sindA preferred vinyl ether is, for example, methyl vinyl ether. The preferred olefins are ethene, propene, 1-alkyl ethenes and polyunsaturated alkenes, and the preferred dienes are
1,3-Butadien und Isopren. Besonders bevorzugt sind Ethen und 1, 3-Butadien. Weitere Comonomere (C) sind ethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren, vorzugsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure und Maleinsäure; ethylenisch ungesättigte Carbonsäureamide und -nitrile, vorzugsweise1,3-butadiene and isoprene. Particularly preferred are ethene and 1, 3-butadiene. Further comonomers (C) are ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids, preferably acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid and maleic acid; ethylenically unsaturated carboxylic acid amides and nitrites, preferably
Acrylamid und Acrylnitril; Mono- und Diester der Fumarsäure und Maleinsäure wie die Diethyl-, und Diisopropylester sowie Maleinsäureanhydrid, ethylenisch ungesättigte Sulfonsäuren bzw. deren Salze, vorzugsweise Vinylsulfonsäure, 2-Acrylamido-2- methyl-propansulfonsäure . Weitere Beispiele sind vorvernetzende Comonomere wie mehrfach ethylenisch ungesättigte Comonomere, beispielsweise Divinyladipat, Diallylmaleat, Allylmethacrylat oder Triallylcyanurat, oder nachvernetzende Comonomere, beispielsweise Acrylamidoglykolsäure (AGA) , Methylacrylamido- glykolsäuremethylester (MAGME) , N-Methylolacrylamid (NMA) , N- Methylolmethacrylamid, N-Methylolallylcarbamat, Alkylether wie der Isobutoxyether oder Ester des N-Methylolacrylamids, des N- Methylolmethacrylamids und des N-Methylolallylcarbamats . Geeignet sind auch epoxidfunktionelle Comonomere wie Glycidylmethacrylat und Glycidylacrylat . Genannt seien auch Monomere mit Hydroxy- oder CO-Gruppen, beispielsweise Methacrylsäure- und Acrylsäurehydroxyalkylester wie Hydroxyethyl-, Hydroxypropyl- oder Hydroxybutylacrylat oder - methacrylat sowie Verbindungen wie Diacetonacrylamid und Acetylacetoxyethylacrylat oder -methacrylat.Acrylamide and acrylonitrile; Mono- and diesters of fumaric acid and maleic acid, such as the diethyl and diisopropyl esters and maleic anhydride, ethylenically unsaturated sulfonic acids or their salts, preferably vinylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methyl-propanesulfonic acid. Further examples are precrosslinking comonomers such as multiply ethylenically unsaturated comonomers, for example divinyl adipate, diallyl maleate, allyl methacrylate or triallyl cyanurate, or postcrosslinking comonomers, for example acrylamidoglycolic acid (AGA), methyl acrylamido glycolic acid methyl ester (MAGME), N-methylolacrylamide (NMA), N-methylol methacrylamide, N- Methylolallyl carbamate, alkyl ethers such as the isobutoxy ether or esters of N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide and N-methylolallylcarbamate. Also suitable are epoxide-functional comonomers such as glycidyl methacrylate and glycidyl acrylate. Mention may also be made of monomers having hydroxyl or CO groups, for example methacrylic acid and acrylic acid hydroxyalkyl esters such as hydroxyethyl, hydroxypropyl or hydroxybutyl acrylate or methacrylate, and also compounds such as diacetoneacrylamide and acetylacetoxyethyl acrylate or methacrylate.
Besonders bevorzugt werden als Comonomere (C) ein oder mehrere Monomere aus der Gruppe Vinylacetat, Vinylester von CC- verzweigten Monocarbonsäuren mit 9 bis 11 C-Atomen,Particularly preferred comonomers (C) are one or more monomers from the group of vinyl acetate, vinyl esters of C-C-branched monocarboxylic acids having 9 to 11 C atoms,
Vinylchlorid, Ethylen, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, 2- Ethylhexylacrylat, Styrol, 1, 3-Butadien . Weiterhin besonders bevorzugt sind Comonomere (C) , welche Organofunktionalitäten in das Polymerrückgrat einbringen, beispielsweise Glycidyl (meth) acrylate, Hydroxyalkyl (meth) - acrylate, Aminoalkyl (meth) acrylate sowie ZV-Methylolacrylamid.Vinyl chloride, ethylene, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, styrene, 1,3-butadiene. Also particularly preferred are comonomers (C) which introduce organofunctionalities into the polymer backbone, for example glycidyl (meth) acrylates, hydroxyalkyl (meth) acrylates, aminoalkyl (meth) acrylates and ZV-methylolacrylamide.
Als Polymerisationsmethodik zur Herstellung der Oligomere (A) kommen bevorzugt radikalische sowie ionische Methoden in ihren unterschiedlichen Ausprägungen zum Einsatz: So kann die Herstellung in Substanz oder in einem geeigneten Losemittel über freie, radikalische Polymerisation erfolgen. In diesem Fall erfolgt die Initiierung der Polymerisation mittels der in der Polymerchemie üblichen Initiatoren oder Redox- Initiator-Kombinationen oder Gemischen aus diesen. Maßgeblich für die Wahl des geeigneten Initiators ist hier unter anderem die Loslichkeit im verwendeten Losemittel/Monomergemisch, welche von Null verschieden sein muß. Eine Übersicht über geeignete Initiatoren findet sich im „Handbook of Free Radical Initiators", E. T. Denisov, T. G. Denisova, T. S. Pokidova, 2003, Wiley Verlag. Beispiele für Initiatoren sind die Natrium-, Kalium- und Ammoniumsalze der Peroxodischwefelsaure, Wasserstoffperoxid, t-Butylperoxid, t-Butylhydroperoxid, Kaliumperoxodiphosphat, t-Butylperoxopivalat, Cumolhydroperoxid, Isopropylbenzolmonohydroperoxid,As a polymerization method for the preparation of the oligomers (A) are preferably used radical and ionic methods in their different forms: Thus, the preparation can be carried out in bulk or in a suitable solvent on free, radical polymerization. In this case, the polymerization is initiated by means of the initiators or redox initiator combinations customary in polymer chemistry or mixtures of these. Decisive for the choice of the suitable initiator here is, among other things, the solubility in the solvent / monomer mixture used, which must be different from zero. An overview of suitable initiators can be found in the "Handbook of Free Radical Initiators", ET Denisov, TG Denisova, TS Pokidova, 2003, Wiley Verlag Examples of initiators are the sodium, potassium and ammonium salts of peroxodisulfuric acid, hydrogen peroxide, t-butyl peroxide , t-butyl hydroperoxide, potassium peroxodiphosphate, t-butyl peroxypivalate, cumene hydroperoxide, isopropylbenzene monohydroperoxide,
Dibenzoylperoxid oder Azobisisobutyronitril . Die genannten Initiatoren werden vorzugsweise in Mengen von 0,01 bis 4,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, eingesetzt . Als Redox-Initiator-Kombinationen verwendet man oben genannteDibenzoyl peroxide or azobisisobutyronitrile. The initiators mentioned are preferably used in amounts of from 0.01 to 4.0% by weight, based on the total weight of the monomers. As the redox initiator combinations used above
Initiatoren in Verbindung mit einem Reduktionsmittel. Geeignete Reduktionsmittel sind Sulfite und Bisulfite einwertiger Kationen, beispielsweise Natriumsulfit, die Derivate der SuIfoxylsaure wie Zink- oder Alkaliformaldehydsulfoxylate, beispielsweise Natriumhydroxymethansulfinat und Ascorbinsaure . Die Reduktionsmittelmenge betragt vorzugsweise 0,15 bis 3 Gew.- % der eingesetzten Monomermenge . Zusatzlich können geringe Mengen einer im Polymerisationsmedium loslichen Metallverbindung eingebracht werden, deren Metallkomponente unter den Polymerisationsbedingungen redoxaktiv ist, beispielsweise auf Eisen- oder Vanadiumbasis.Initiators in conjunction with a reducing agent. Suitable reducing agents are sulfites and bisulfites of monovalent cations, for example sodium sulfite, the derivatives of sulfoxylic acid, such as zinc or alkali metal formaldehyde sulfoxylates, for example sodium hydroxymethanesulfinate and ascorbic acid. The amount of reducing agent is preferably 0.15 to 3% by weight of the amount of monomer used. In addition, small amounts of a metal compound soluble in the polymerization medium can be introduced, the metal component of which is redox-active under the polymerization conditions, for example based on iron or vanadium.
Alternativ kann die radikalische Polymerisation auch auf kontrollierte Weise erfolgen, beispielsweise durch die Methoden der ATRP (atom transfer radical polymerization) , der NMP (Nitroxide mediated polymerization) oder der RAFT- Polymerisation (rapid addition fragmentation transfer) . Im Fall der ATRP-Polymerisation arbeitet man zweckmaßigerweise in Anwesenheit eines Cu (I) -Stickstoffkomplexes, welcher bekanntermaßen als Katalysator dient. Es können jedoch auch andere Ubergangsmetallkomplexe als Katalysatoren dienen. Einen Überblick über mögliche Ubergangsmetallkomplexe bietet K. Matyjaszewski, J. Xia, Chem. Rev. 2001, 101, 2921-2990.Alternatively, the radical polymerization also on controlled manner, for example by the methods of ATRP (atom transfer radical polymerization), the NMP (Nitroxide mediated polymerization) or the RAFT polymerization (rapid addition fragmentation transfer). In the case of ATRP polymerization, it is expedient to work in the presence of a Cu (I) nitrogen complex which is known to serve as a catalyst. However, other transition metal complexes can serve as catalysts. An overview of possible transition metal complexes can be found in K. Matyjaszewski, J. Xia, Chem. Rev. 2001, 101, 2921-2990.
Bevorzugt ist ein Komplex bestehend aus einem Cu (I) -Zentrum und 2, 2' -Bipyridin . Dieser kann vorher gebildet worden sein oder erst in-situ entstehen, unter anderem auch aus Cu(O)- oder Cu (II) -Vorlauferverbindungen, welche durch Oxidations- und Reduktionsprozesse die katalytisch aktive Spezies bilden. Als Initiator kommen CC-Halogencarbonsaurederivate wie Ester, Amide oder Thioester in Frage. Ebenfalls in Frage kommen Verbindungen mit CC-halogenierten Fluoreneinheiten . Auch polyhalogenierte Verbindungen wie Chloroform HCCI3 oder Tetrachlorkohlenstoff CCI4 sind denkbar. Ebenfalls sind SuIfonylhalogenide undPreference is given to a complex consisting of a Cu (I) center and 2,2'-bipyridine. This may have been previously formed or first formed in-situ, including from Cu (O) - or Cu (II) -Vorlauferverbindungen which form the catalytically active species by oxidation and reduction processes. Suitable initiators are CC halocarboxylic acid derivatives such as esters, amides or thioesters. Also suitable are compounds with CC halogenated fluorene units. Also polyhalogenated compounds such as chloroform HCCI3 or carbon tetrachloride CCI4 are conceivable. Also, sulfonyl halides and
Halogenimide denkbare Initiatoren. Am meisten bevorzugt sind jedoch CC-Halogencarbonsaurederivate, z.B. 2-Chlor/Brom- propionsaureethylester oder 2-Chlor/Brom-isobuttersaure- ethylester. Bevorzugtes Losemittel ist Toluol.Halogenimides conceivable initiators. Most preferred, however, are CC halocarboxylic acid derivatives, e.g. 2-chloro / bromopropionic acid ethyl ester or 2-chloro / isobutyric acid ethyl ester. Preferred solvent is toluene.
Im Falle der NMP-Reaktion sind als reversibles Terminierungsreagens insbesondere TEMPO (2,2,6,6- Tetramethylpiperidine 1-oxyl) und seine Derivate bevorzugt. Besonders bevorzugt ist 4-Hydroxy-TEMPO, 4-Acetamido-TEMPO sowie polymergebundenes TEMPO, etwa gebunden auf Silica oder Polystyrol. Bevorzugt ist in diesem Fall auch eine Polymerisation in Anwesenheit von < 1 Gew.-% Essigsaureanhydrid oder Essigsaure. Als Initiatoren kommen alle bereits diskutierten Radikalstarter in Frage. Die Reaktion läuft bevorzugt in organischer Lösung und bei Temperaturen > 100 0C ab. Bevorzugt ist als Lösemittel das Lösemittel, in dem das Oligomer später zur Anwendung kommt.In the case of the NMP reaction, TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl) and its derivatives are particularly preferred as the reversible terminating reagent. Particularly preferred is 4-hydroxy-TEMPO, 4-acetamido-TEMPO and polymer-bound TEMPO, such as bound on silica or polystyrene. Preference is in this case, a polymerization in the presence of <1 wt .-% acetic anhydride or acetic acid. All come as initiators discussed radical starter in question. The reaction proceeds preferably in organic solution and at temperatures> 100 0 C. The preferred solvent is the solvent in which the oligomer is used later.
Im Fall der RAFT-Polymerisation sind als reversibles Terminierungsreagens insbesondere Xanthogenate und Dithiocarbamidate bevorzugt, besonders bevorzugt ist O- Alkylxanthansäuren sowie ihre Salze. Ganz besonders bevorzugt ist das Natriumsalz der O-Ethylxanthansäure . Als Initiatoren kommen alle bereits diskutierten Radikalstarter in Frage. Die Reaktion läuft bevorzugt in organischer Lösung und bei Temperaturen < 100 0C ab. Bevorzugt ist als Lösemittel das Lösemittel, in dem das Oligomer später zur Anwendung kommt.In the case of RAFT polymerization, preference is given in particular to xanthates and dithiocarbamides as reversible terminating reagent, particular preference being given to O-alkylxanthan acids and their salts. Very particular preference is given to the sodium salt of O-ethylxanthanoic acid. Initiators are all radical starters already discussed. The reaction preferably proceeds in organic solution and at temperatures <100 ° C. The preferred solvent is the solvent in which the oligomer is used later.
Die Polymerisation erfolgt bevorzugt als freie oder kontrollierte radikalische oder ionische Polymerisation. Bevorzugt ist eine Polymerisation über ATRP-Methoden sowie durch freie radikalische Polymerisation. Bevorzugt wird die Polymerisation in einem Lösemittel durchgeführt. Bevorzugt ist als Lösemittel das Lösemittel, in dem das Oligomer später zur Anwendung kommt .The polymerization is preferably carried out as a free or controlled radical or ionic polymerization. Preference is given to polymerization via ATRP methods and by free radical polymerization. The polymerization is preferably carried out in a solvent. The preferred solvent is the solvent in which the oligomer is used later.
Alternativ kann die Polymerisation durch ionische Methoden, wie beispielsweise eine kationische oder anionische Polymerisation erfolgen .Alternatively, the polymerization may be by ionic methods such as cationic or anionic polymerization.
Die Polymerisation kann diskontinuierlich, semikontinuierlich oder kontinuierlich, unter Vorlage aller oder einzelner Bestandteile des Reaktionsgemisches, unter teilweiser Vorlage und Nachdosierung einzelner Bestandteile des Reaktionsgemisches oder nach dem Dosierverfahren ohne Vorlage durchgeführt werden. Alle Dosierungen erfolgen vorzugsweise im Maße des Verbrauchs der jeweiligen Komponente. Bevorzugterweise läuft die Polymerisation im Falle einer kontrollierten Polymerisation in diskontinuierlicher Fahrweise, es sei denn es werden Blockstrukturen verwirklicht, wo eine semikontinuierliche Fahrweise bevorzugt ist. Im Falle freier radikalischer Polymerisation ist eine semikontinuierliche Fahrweise bevorzugt .The polymerization can be carried out batchwise, semicontinuously or continuously, with presentation of all or individual constituents of the reaction mixture, with partial introduction and subsequent addition of individual constituents of the reaction mixture or after the metering process without presentation. All dosages are preferably carried out to the extent of consumption the respective component. In the case of a controlled polymerization, the polymerization preferably proceeds in batch mode, unless block structures are realized where a semi-continuous procedure is preferred. In the case of free radical polymerization, a semi-continuous procedure is preferred.
Weiterer Gegenstand der Erfindung sind Kern-Hülle-Partikel (PA) , die an ihrer Oberfläche das Oligomer (A) oder dessen Hydrolyse- und Kondensationsprodukte tragen.Another object of the invention are core-shell particles (PA), which carry on its surface, the oligomer (A) or its hydrolysis and condensation products.
Die erfindungsgemäßen Partikel (PA) besitzen bevorzugt eine spezifische Oberfläche von 0,1 bis 1000 m^/g, besonders bevorzugt von 10 bis 500 m^/g (gemessen nach der BET-Methode nach DIN EN ISO 9277/DIN 66132) . Die mittlere Größe der Primärteilchen beträgt bevorzugt kleiner 10 μm, besonders bevorzugt kleiner 1000 nm, wobei die Primärteilchen als Aggregate (Definition nach DIN 53206) und Agglomerate (Definition nach DIN 53206) vorliegen können, die inThe particles (PA) of the invention preferably have a specific surface area of from 0.1 to 1000 m 2 / g, more preferably from 10 to 500 m 2 / g (measured by the BET method according to DIN EN ISO 9277 / DIN 66132). The average size of the primary particles is preferably less than 10 .mu.m, more preferably less than 1000 nm, wherein the primary particles can be present as aggregates (definition according to DIN 53206) and agglomerates (definition according to DIN 53206), which in
Abhängigkeit von der äußeren Scherbelastung (z.B. bedingt durch die Messbedingungen) Größen von 1 bis 1000 μm aufweisen können.Depending on the external shear stress (for example, due to the measurement conditions) sizes may have from 1 to 1000 microns.
Im Kern-Hülle-Partikel (PA) können die Oligomere (A) kovalent, über ionische oder van-der-Waals-Wechselwirkungen an die Partikeloberfläche angebunden sein. Bevorzugt sind die Oligomere (A) kovalent angebunden.In the core-shell particle (PA), the oligomers (A) may be covalently attached to the particle surface via ionic or van der Waals interactions. Preferably, the oligomers (A) are covalently attached.
Die Oligomeren (A) eignen sich hervorragend zur Funktionalisierung von Partikeln (P) . Die resultierenden Partikel (PA) sind in gängigen organischen Lösungsmitteln redispergierbar und weisen eine hervorragende Verträglichkeit mit verschiedenen Matrixsystemen auf. Die Oligomere (A) lassen sich vergleichsweise kostengünstig aus den entsprechenden ungesättigten Silanen (S) herstellen. Zudem ist Herstellung der redispergierbaren und verträglichen Partikeln (PA) aus Partikeln (P) und den Oligomeren (A) , die meist bereits durch einfaches Vermischen beider Komponenten durchgeführt werden kann, sehr einfach. Somit stellen die erfindungsgemäßen Oligomere (A) sowie die daraus zugänglichen Partikel (PA) einen großen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar.The oligomers (A) are outstandingly suitable for the functionalization of particles (P). The resulting particles (PA) are redispersible in common organic solvents and have excellent compatibility with various matrix systems. The oligomers (A) can be produced relatively inexpensively from the corresponding unsaturated silanes (S). In addition, production of the redispersible and compatible particles (PA) from particles (P) and the oligomers (A), which can usually already be carried out simply by mixing both components, is very simple. Thus, the oligomers (A) according to the invention and the particles (PA) accessible therefrom represent a great advantage over the prior art.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Partikel (PA) , bei dem Partikel (P) mit den Oligomeren (A) umgesetzt werden.Another object of the invention is a process for the preparation of the particles (PA), in which particles (P) are reacted with the oligomers (A).
In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Partikel (PA) werden Partikel (P) , welche Funktionen aufweisen, die ausgewählt werden aus Metall-OH, Metall-O-Metall, Si-OH, Si-O-In a preferred process for producing the particles (PA), particles (P) having functions selected from metal-OH, metal-O-metal, Si-OH, Si-O-
Si, Si-O-Metall, Si-X, Metall-X, Metall-OR2, Si-OR2 mit Oligomeren (A) oder deren Hydrolyse-, Alkoholyse- und Kondensationsprodukten umgesetzt, wobeiSi, Si-O metal, Si-X, metal-X, metal-OR 2 , Si-OR 2 reacted with oligomers (A) or their hydrolysis, alcoholysis and condensation products, wherein
R.2 einen substituierten oder unsubstituierten Alkylrest und X ein Halogenatom darstellen.R.2 represents a substituted or unsubstituted alkyl radical and X represents a halogen atom.
R.2 ist vorzugsweise ein Alkylrest mit 1 bis 10, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatomen . Besonders bevorzugt sind die Reste Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl. X ist vorzugsweise Chlor.R.2 is preferably an alkyl radical having 1 to 10, in particular 1 to 6 carbon atoms. The radicals methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl are particularly preferred. X is preferably chlorine.
Werden zur Herstellung der Partikel (PA) Partikel (P) eingesetzt, welche Funktionen aufweisen, die ausgewählt werden aus Metall-OH, Si-OH, Si-X, Metall-X, Metall-OR2, Si-OR2, so erfolgt die Anbindung der Oligomere (A) bevorzugt durch Hydrolyse und/oder Kondensation. Liegen in dem Partikel (P) ausschließlich Metall-O-Metall-, Metall-O-Si oder Si-O-Si- Funktionen vor, kann die kovalente Anbindung der Oligomere (A) durch eine Aquilibrierungsreaktion erfolgen. Die Vorgehensweise sowie die für die Aquilibrierungsreaktion benotigtenAre used for the preparation of the particles (PA) particles (P), which have functions that are selected from metal-OH, Si-OH, Si-X, metal-X, metal-OR 2 , Si-OR 2 , so takes place the attachment of the oligomers (A) preferably by Hydrolysis and / or condensation. If there are exclusively metal-O-metal, metal-O-Si or Si-O-Si functions in the particle (P), the covalent attachment of the oligomers (A) can be effected by an equilibration reaction. The procedure and the needed for the Aquilibrierungsreaktion
Katalysatoren sind dem Fachmann gelaufig und in der Literatur vielfach beschrieben.Catalysts are familiar to the person skilled in the art and have been described many times in the literature.
Als Partikel (P) eignen sich aus Gründen der technischen Handhabbarkeit Oxide mit kovalentem Bindungsanteil in der Metall-Sauerstoff-Bindung, vorzugsweise Oxide der 3. Hauptgruppe, wie Bor-, Aluminium-, Gallium- oder Indiumoxide, der 4. Hauptgruppe, wie Siliciumdioxid, Germaniumdioxid, Zinnoxid, Zinndioxid, Bleioxid, Bleidioxid, oder Oxide der 4. Nebengruppe, wie Titanoxid, Zirkoniumoxid und Hafniumoxid. Weitere Beispiele sind Nickel-, Cobalt-, Eisen-, Mangan-, Chrom- und Vanadiumoxide.As particles (P) are suitable for reasons of technical handling oxides with covalent bond fraction in the metal-oxygen bond, preferably oxides of the 3rd main group, such as boron, aluminum, gallium or indium, the 4th main group, such as silica Germanium dioxide, tin oxide, tin dioxide, lead oxide, lead dioxide, or oxides of the 4th subgroup, such as titanium oxide, zirconium oxide and hafnium oxide. Further examples are nickel, cobalt, iron, manganese, chromium and vanadium oxides.
Zudem eignen sich Metalle mit oxidierter Oberflache, Zeolithe (eine Auflistung geeigneter Zeolithe findet sich in: Atlas of Zeolite Framework Types, 5th edition, Ch. Baerlocher, W. M. Meier D.H. Olson, Amsterdam: Elsevier 2001), Silikate, Aluminate, Aluminophosphate, Titanate undIn addition, metals with oxidized surface, zeolites (a list of suitable zeolites can be found in: Atlas of Zeolite Framework Types, 5th edition, Ch. Baerlocher, W.M. Meier D.H. Olson, Amsterdam: Elsevier 2001), silicates, aluminates, aluminophosphates, titanates and
Aluminiumschichtsilikate (z.B. Bentonite, Montmorillonite, Smektite, Hektorite) , wobei die Partikel (P) bevorzugt eine spezifische Oberflache von 0,1 bis 1000 m^/g, besonders bevorzugt von 10 bis 500 m^/g aufweisen (gemessen nach der BET- Methode nach DIN 66131 und 66132). Die Partikel (P), die bevorzugt einen mittleren Durchmesser von kleiner 10 μm, besonders bevorzugt kleiner 1000 nm, aufweisen, können als Aggregate (Definition nach DIN 53206) und AgglomerateAluminum phyllosilicates (eg bentonites, montmorillonites, smectites, hectorites), the particles (P) preferably having a specific surface area of from 0.1 to 1000 m 2 / g, particularly preferably from 10 to 500 m 2 / g (measured by the BET standard). Method according to DIN 66131 and 66132). The particles (P), which preferably have an average diameter of less than 10 .mu.m, particularly preferably less than 1000 nm, can be used as aggregates (definition according to DIN 53206) and agglomerates
(Definition nach DIN 53206) vorliegen, die in Abhängigkeit von der äußeren Scherbelastung (z.B. bedingt durch die Messbedingungen) Großen von 1 bis 1000 μm aufweisen können. Besonders bevorzugt als Partikel (P) ist pyrogene Kieselsäure, die in einer Flammenreaktion aus Organosiliciumverbindungen hergestellt wird, z.B. aus Siliziumtetrachlorid oder Methyldichlorsilan, oder Hydrogentrichlorsilan oder(Definition according to DIN 53206) are present, which depending on the external shear stress (eg due to the measurement conditions) may have large from 1 to 1000 microns. Particularly preferred as particles (P) is fumed silica, which is prepared in a flame reaction of organosilicon compounds, for example of silicon tetrachloride or methyldichlorosilane, or hydrogentrichlorosilane or
Hydrogenmethyldichlorsilan, oder anderen Methylchlorsilanen oder Alkylchlorsilanen, auch im Gemisch mit Kohlenwasserstoffen, oder beliebigen verflüchtigbaren oder versprühbaren Gemischen aus Organosiliciumverbindungen, wie genannt, und Kohlenwasserstoffen, z.B. in einer Wasserstoff- Sauerstoff-Flamme, oder auch einer Kohlenmonoxid- Sauerstoffflamme, hergestellt wird. Die Herstellung der Kieselsäure kann dabei wahlweise mit und ohne Zusatz von Wasser erfolgen, zum Beispiel im Schritt der Reinigung; bevorzugt ist kein Zusatz von Wasser.Hydrogenmethyldichlorosilane, or other methylchlorosilanes or alkylchlorosilanes, also in admixture with hydrocarbons, or any volatilizable or sprayable mixtures of organosilicon compounds, as mentioned, and hydrocarbons, e.g. in a hydrogen-oxygen flame, or even a carbon monoxide oxygen flame is produced. The preparation of the silica can be carried out optionally with and without the addition of water, for example in the step of purification; preferred is no addition of water.
Pyrogen hergestellte Kieselsäure oder Siliciumdioxid ist beispielsweise bekannt aus Ullmann's Enzyklopädie der Technischen Chemie 4. Auflage, Band 21, Seite 464. Die unmodifizierte pyrogene Kieselsäure hat eine spezifische BET-Oberfläche, gemessen gemäß DIN EN ISO 9277 / DIN 66132 vonPyrogenic silica or silica is known for example from Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 4th Edition, Volume 21, page 464. The unmodified fumed silica has a BET specific surface area, measured according to DIN EN ISO 9277 / DIN 66132 of
10 m^/g bis 600 m^/g, bevorzugt von 50 m^/g bis 400 m^/g. Vorzugsweise weist die unmodifizierte pyrogene Kieselsäure eine Stampfdichte gemessen gemäß DIN EN ISO 787-11 von 10 g/l bis 500 g/l, bevorzugt von 20 g/l bis 200 g/l und besonders bevorzugt von 30 g/l bis 100 g/l auf.10 m ^ / g to 600 m ^ / g, preferably from 50 m ^ / g to 400 m ^ / g. Preferably, the unmodified fumed silica has a tamped density measured in accordance with DIN EN ISO 787-11 of 10 g / l to 500 g / l, preferably from 20 g / l to 200 g / l and particularly preferably from 30 g / l to 100 g / l on.
Vorzugsweise weist die pyrogene Kieselsäure eine fraktale Dimension der Oberfläche von vorzugsweise kleiner oder gleich 2,3 auf, besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 2,1, im besonderen bevorzugt von 1,95 bis 2,05, wobei die fraktale Dimension der Oberfläche D3 hierbei definiert ist als:Preferably, the fumed silica has a fractal surface dimension of preferably less than or equal to 2.3, more preferably less than or equal to 2.1, most preferably from 1.95 to 2.05, the fractal dimension of surface D 3 here defined as:
Partikel-Oberfläche A ist proportional zum Partikel-Radius R hoch D3. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung werden als Partikel (P) kolloidale Silicium- oder Metalloxide eingesetzt, die im allgemeinen als Dispersion der entsprechenden Oxidteilchen von Submikrongröße in einem wässrigen oder organischen Lösungsmittel vorliegen. Dabei können unter anderem die Oxide der Metalle Aluminium, Titan, Zirkonium, Tantal, Wolfram, Hafnium und Zinn oder die entsprechenden Mischoxide verwendet werden. Besonders bevorzugt sind Kieselsole. Beispiele für kommerziell erhältliche Kieselsole, die sich zur Herstellung der Partikel (PA) eignen, sind Kieselsole der Produktserien LUDOX® (Grace Davison) , Snowtex® (Nissan Chemical) , Klebosol® (Clariant) und Levasil® (H. C. Starck) , Kieselsole in organischen Lösungsmitteln wie z.B. IPA-ST (Nissan Chemical) oder solche Kieselsole, die sich nach dem Stöber-Verfahren herstellen lassen.Particle surface A is proportional to the particle radius R high D 3 . In a further preferred embodiment of the invention, the particles (P) used are colloidal silicon or metal oxides, which are generally present as a dispersion of the corresponding submicron-sized oxide particles in an aqueous or organic solvent. Among other things, the oxides of the metals aluminum, titanium, zirconium, tantalum, tungsten, hafnium and tin or the corresponding mixed oxides can be used. Particularly preferred are silica sols. Suitable examples of commercially available silica sols which are suitable for producing the particles (PA), silica sols of product lines LUDOX ® are (Grace Davison), Snowtex ® (Nissan Chemical), Klebosol ® (Clariant) and Levasil ® (HC Starck), silica sols in organic solvents such as IPA-ST (Nissan Chemical) or those silica sols which can be prepared by the Stöber process.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung werden als Partikel (P) Organopolysiloxane der allgemeinen Formel [2],In a further preferred embodiment of the invention are as particles (P) organopolysiloxanes of the general formula [2],
[R3 3SiO1/2]i[R32Siθ2/2] j [R3Si03/2 ] k [ sio4/2 ] 1 [2I[R 3 3 SiO 1/2] i [R 3 2Siθ2 / 2] j [R 3 Si0 3/2] k [SiO 4/2] 1 [2 I
eingesetzt, wobeiused, where
R.3 eine OH-Funktion, einen gegebenenfalls halogen-, hydroxyl-, amino-, epoxy-, phosponato-, thiol-, (meth) acryl-, carbamat- oder auch NCO-substituiertenR.3 is an OH function, an optionally halogen, hydroxyl, amino, epoxy, phosphonato, thiol, (meth) acrylic, carbamate or NCO-substituted
Kohlenwasserstoffrest mit 1-18 Kohlenstoffatomen, wobei die Kohlenstoffkette durch nicht benachbarte Sauerstoff-, Schwefel-, oder Amin-Gruppen unterbrochen sein kann und i, j, k, 1 einen Wert von größer oder gleich 0 bedeuten, mit der Maßgabe, dass i + j + k + 1 größer oder gleich 3, insbesondere mindestens 10 sind. Zur Herstellung der erfindungsgemaßen Partikel (PA) werden die Partikel (P) mit den Oligomeren (A) bevorzugt bei 0 0C bis 150 0C besonders bevorzugt bei 20 0C bis 80 0C umgesetzt. Das Verfahren kann dabei sowohl unter Einbeziehung von Losungsmitteln oder losemittelfrei durchgeführt werden. Bei der Verwendung von Losungsmitteln sind protische und aprotische Losungsmittel und Gemische verschiedener protischer und aprotischer Losungsmittel geeignet. Bevorzugt kommen protische Losungsmittel, wie z.B. Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropanol, oder polare aprotische Losungsmittel, wie z.B.Hydrocarbon radical having 1-18 carbon atoms, wherein the carbon chain may be interrupted by non-adjacent oxygen, sulfur or amine groups and i, j, k, 1 denote a value of greater than or equal to 0, with the proviso that i + j + k + 1 are greater than or equal to 3, in particular at least 10. For the preparation of the particles (PA) according to the invention, the particles (P) with the oligomers (A) are preferably reacted at 0 ° C. to 150 ° C., more preferably at 20 ° C. to 80 ° C. The process can be carried out both with the inclusion of solvents or solvent-free. When using solvents, protic and aprotic solvents and mixtures of various protic and aprotic solvents are suitable. Preferred are protic solvents, such as water, methanol, ethanol, isopropanol, or polar aprotic solvents, such as
THF, DMF, NMP, Diethylether oder Methylethylketon zum Einsatz. Ebenfalls bevorzugt sind Losungsmittel oderTHF, DMF, NMP, diethyl ether or methyl ethyl ketone used. Also preferred are solvents or
Losungsmittelgemische mit einem Siedepunkt bzw. Siedebereich von bis zu 120 0C bei 0,1 MPa. Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz eines Isopropanol/Toluol-Gemisches .Solvent mixtures having a boiling point or boiling range of up to 120 0 C at 0.1 MPa. Very particularly preferred is the use of an isopropanol / toluene mixture.
Die zur Modifizierung der Partikel (P) eingesetzten Oligomere (A) werden dabei vorzugsweise in einer Menge großer 1 Gew.-% (bezogen auf die Partikel (P)), bevorzugt großer 5 Gew.-%, besonders bevorzugt großer 8 Gew.-% eingesetzt.The oligomers (A) used to modify the particles (P) are preferably present in an amount of greater than 1% by weight (based on the particles (P)), preferably greater than 5% by weight, more preferably greater than 8% by weight. % used.
Bei der Umsetzung der Partikel (P) mit den Oligomeren (A) wird gegebenenfalls unter Vakuum, unter Überdruck oder bei Normaldruck (0,1 MPa) gearbeitet. Die bei der Umsetzung gegebenenfalls gebildeten Abspaltungsprodukte, wie z.B.In the reaction of the particles (P) with the oligomers (A) is optionally carried out under vacuum, under pressure or at normal pressure (0.1 MPa). The cleavage products, if any, formed in the reaction, e.g.
Alkohole, können entweder im Produkt verbleiben oder/und durch Anlegen von Vakuum bzw. Temperaturerhöhung aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden.Alcohols can either remain in the product and / or be removed by applying a vacuum or increasing the temperature of the reaction mixture.
Bei der Umsetzung der Partikel (P) mit den Oligomeren (A) können Katalysatoren zugesetzt werden.In the reaction of the particles (P) with the oligomers (A) catalysts can be added.
Dabei können samtliche zu diesem Zwecke üblicherweise verwendeten Katalysatoren wie organische Zinnverbindungen, z.B. Dibutylzinndilaurat, Dioctylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetylacetonat, Dibutylzinndiacetat oder Dibutylzinndioctoat etc., organische Titanate, z.B. Titan (IV) isopropylat, Eisen (III) -Verbindungen, z.B. Eisen (III)- acetylacetonat, oder auch Amine, z.B. Triethylamin, Tributylamin, 1, 4-Diazabicyclo [2, 2, 2 ] octan, 1,8-In this case, all the catalysts commonly used for this purpose, such as organic tin compounds, eg Dibutyltin dilaurate, dioctyltin dilaurate, dibutyltin diacetylacetonate, dibutyltin diacetate or dibutyltin dioctoate etc., organic titanates, eg titanium (IV) isopropylate, iron (III) compounds, eg iron (III) acetylacetonate, or also amines, eg triethylamine, tributylamine, 1, 4- Diazabicyclo [2, 2, 2] octane, 1,8-
Diazabicyclo[5.4.0] undec-7-en, l,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en, N,N-Bis- (N,N-dimethyl-2-aminoethyl) -methylamin, N, N- Dimethylcyclohexylamin, N, N-Dimethylphenlyamin, N-Ethyl- morpholin etc., eingesetzt werden. Auch organische oder anorganische Brönstedtsäuren wie Essigsäure,Diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, l, 5-diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene, N, N-bis- (N, N-dimethyl-2-aminoethyl) -methylamine, N, N-dimethylcyclohexylamine, N, N-dimethylphenlyamine, N-ethyl-morpholine, etc. are used. Also organic or inorganic Bronsted acids such as acetic acid,
Trifluoressigsäure, Salzsäure, Phoshorsäure und deren Mono- und/oder Diester, wie z.B. Butylphosphat, Isopropylphosphat, Dibutylphosphat etc. und Säurechloride wie Benzoylchlorid sind als Katalysatoren geeignet. Die Katalysatoren werden bevorzugt in Konzentrationen von 0,01-10 Gew.-% eingesetzt. Die verschiedenen Katalysatoren können sowohl in reiner Form als auch als Mischungen verschiedener Katalysatoren eingesetzt werden .Trifluoroacetic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and their mono- and / or diesters, e.g. Butyl phosphate, isopropyl phosphate, dibutyl phosphate, etc. and acid chlorides such as benzoyl chloride are suitable as catalysts. The catalysts are preferably used in concentrations of 0.01-10 wt .-%. The various catalysts can be used both in pure form and as mixtures of different catalysts.
Die verwendeten Katalysatoren werden nach der Umsetzung der Partikel (P) mit den Oligomeren (A) vorzugsweise durch Zugabe von so genannten Anti-Katalysatoren oder Katalysator-Giften deaktiviert, bevor sie zu einer Spaltung der Si-O-Si-Gruppen führen können. Diese Nebenreaktion ist abhängig vom verwendeten Katalysator und muss nicht notwendigerweise eintreten, so dass auf eine Deaktivierung gegebenenfalls auch verzichtet werden kann. Beispiele für Katalysator-Gifte sind bei der Verwendung von Basen z.B. Säuren und bei der Verwendung von Säure z.B. Basen, die die eingesetzten Basen bzw. Säuren neutralisieren. Die durch die Neutralisationsreaktion gebildeten Produkte können gegebenenfalls durch Filtration abgetrennt oder extrahiert werden. Bevorzugt verbleiben die Reaktionsprodukte im Produkt .The catalysts used are deactivated after the reaction of the particles (P) with the oligomers (A), preferably by addition of so-called anti-catalysts or catalyst poisons, before they can lead to a cleavage of the Si-O-Si groups. This side reaction is dependent on the catalyst used and does not necessarily occur, so that it may optionally be possible to dispense with a deactivation. Examples of catalyst poisons are, for example, acids when using bases and, for example, when using acid, bases which neutralize the bases or acids used. Optionally, the products formed by the neutralization reaction may be separated or extracted by filtration. Preferably, the reaction products remain in the product.
Gegebenenfalls ist für die Umsetzung der Partikel (P) mit den Oligomeren (A) die Zugabe von Wasser bevorzugt.Optionally, the addition of water is preferred for the reaction of the particles (P) with the oligomers (A).
Bei der Herstellung der Partikel (PA) aus Partikeln (P) können neben den Oligomeren (A) zusätzlich Silane (Sl), Silazane (S2), Siloxane (S3) oder andere Verbindungen (L) eingesetzt werden. Bevorzugt sind die Silane (Sl), Silazane (S2), Siloxane (S3) oder anderen Verbindungen (L) gegenüber den Funktionen der Oberfläche des Partikels (P) reaktiv. Die Silane (Sl) und Siloxane (S3) verfügen dabei entweder über Silanolgruppen oder über hydrolysierbare Silylfunktionen, wobei letztere bevorzugt werden. Dabei können die Silane (Sl), Silazane (S2) und Siloxane (S3) über organische Funktionen verfügen, es können aber auch Silane (Sl), Silazane (S2) und Siloxane (S3) ohne Organofunktionen verwendet werden. Dabei können die Oligomere (A) als Mischung mit den Silanen (Sl), Silazanen (S2) oder Siloxanen (S3) eingesetzt werden. Daneben können die Partikel auch sukzessive mit den Oligomeren (A) und den unterschiedlichen Silantypen funktionalisiert werden. Als Verbindungen (L) eignen sich beispielsweise Metallalkoholate, wie z.B. Titan ( IV) isopropanolat oder Aluminium (III) butanolat, Schutzkolloide wie z.B. Polyvinylalkohole, Cellulosederivate oder Vinylpyrrolidon enthaltende Polymerisate sowie Emulgatoren wie z.B. ethoxylierte Alkohole und Phenole (Alkylrest CzpCig,In the preparation of the particles (PA) from particles (P), in addition to the oligomers (A), it is additionally possible to use silanes (S1), silazanes (S2), siloxanes (S3) or other compounds (L). The silanes (S1), silazanes (S2), siloxanes (S3) or other compounds (L) are preferably reactive toward the functions of the surface of the particle (P). The silanes (S1) and siloxanes (S3) have either silanol groups or hydrolyzable silyl functions, the latter being preferred. The silanes (S1), silazanes (S2) and siloxanes (S3) can have organic functions, but it is also possible to use silanes (S1), silazanes (S2) and siloxanes (S3) without organo functions. The oligomers (A) can be used as a mixture with the silanes (S1), silazanes (S2) or siloxanes (S3). In addition, the particles can also be successively functionalized with the oligomers (A) and the different silane types. Suitable compounds (L) are, for example, metal alcoholates, e.g. Titanium (IV) isopropoxide or aluminum (III) butanolate, protective colloids such as e.g. Polyvinyl alcohols, cellulose derivatives or vinylpyrrolidone-containing polymers and emulsifiers such. ethoxylated alcohols and phenols (alkyl radical CzpCig,
EO-Grad 3-100), Alkali- und Ammoniumsalze von Alkylsulfaten (C3~C]_g), Schwefelsäure- sowie Phosphorsäureester undEO grade 3-100), alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (C3 ~ C] _g), sulfuric acid and phosphoric acid esters and
Alkylsulfonate . Besonders bevorzugt sind SuIfobernsteinsäureester sowie Alkalialkylsulfate sowie Polyvinylalkohole. Es können auch mehrere Schutzkolloide und/oder Emulgatoren als Gemisch eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden dabei Mischungen aus Oligomeren (A) mit Silanen (Sl) der allgemeinen Formel [3],Alkyl sulfonates. Particularly preferred are succinic acid esters and alkali alkyl sulfates and polyvinyl alcohols. It is also possible to use a plurality of protective colloids and / or emulsifiers as a mixture. Particular preference is given to mixtures of oligomers (A) with silanes (SI) of the general formula [3],
(R4O)4_a_b(Z)aSi(R14)b [3](R 4 O) 4 _ a _ b (Z) a Si (R 14 ) b [3]
wobeiin which
Z Halogenatom, Pseudohalogenrest, Si-N-gebundenen Aminrest,Z is halogen atom, pseudohalogen radical, Si-N-bonded amine radical,
Amidrest, Oximrest, Aminoxyrest oder Acyloxyrest bedeutet, a 0, 1, 2 oder 3, b 0, 1, 2 oder 3,Amide radical, oxime radical, aminoxy radical or acyloxy radical, a denotes 0, 1, 2 or 3, b denotes 0, 1, 2 or 3,
R.4 die Bedeutungen von R^^ und R^ die Bedeutungen von R^ aufweist und a+b kleiner oder gleich 4 ist.R.4 has the meanings of R ^^ R ^ and di e meanings of R ^, and a + b is less than or equal to the fourth
Dabei steht a bevorzugt für 0, 1 oder 2, während b bevorzugt 0 oder 1 bedeutet. R^ weist vorzugsweise die Bedeutungen von RÜ auf .In this case, a is preferably 0, 1 or 2, while b is preferably 0 or 1. R ^ preferably has the meanings of RU .
Als Silazane (S2) bzw. Siloxane (S3) werden besonders bevorzugt Hexamethyldisilazan bzw. Hexamethyldisiloxan oder lineare Siloxane mit organofunktionellen Kettenenden eingesetzt.As silazanes (S2) or siloxanes (S3), particular preference is given to using hexamethyldisilazane or hexamethyldisiloxane or linear siloxanes having organofunctional chain ends.
Die zur Modifizierung der Partikel (P) eingesetzten SilaneThe silanes used to modify the particles (P)
(Sl), Silazane (S2), Siloxane (S3) oder andere Verbindungen (L) werden vorzugsweise in einer Menge von > 1 Gew.-% (bezogen auf die Partikel (P)) verwendet.(Sl), silazanes (S2), siloxanes (S3) or other compounds (L) are preferably used in an amount of> 1 wt .-% (based on the particles (P)).
Die aus den Partikeln (P) erhaltenen modifizierten Partikel (PA) können durch gängige Verfahren wie beispielsweise durch Eindampfen der verwendeten Lösungsmittel oder durch Sprühtrocknung als Pulver isoliert werden. Alternativ kann auf eine Isolierung der Partikel (PA) verzichtet werden.The modified particles (PA) obtained from the particles (P) can be isolated by conventional methods such as evaporation of the solvents used or by spray drying as a powder. Alternatively, it is possible to dispense with isolation of the particles (PA).
Zusätzlich können in einer bevorzugten Verfahrensweise im Anschluss an die Herstellung der Partikel (PA) Verfahren zur Desagglomerierung der Partikel eingesetzt werden, wie Stiftmühlen oder Vorrichtungen zur Mahlsichtung, wie Stiftmühlen, Hammermühlen, Gegenstrommühlen, Perlmühlen, Kugelmühlen, Prallmühlen oder Vorrichtungen zur Mahlsichtung.In addition, in a preferred procedure in the Subsequent to the production of the particles (PA) Methods for deagglomerating the particles are used, such as pin mills or devices for grinding screening, such as pin mills, hammer mills, countercurrent mills, bead mills, ball mills, impact mills or devices for grinding sifting.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Partikel (PA) , bei dem die Anbindung der Oligomere (A) während der Synthese der Partikel (P) erfolgt. Nach diesem Verfahren sind die Partikel (P) bevorzugt herstellbar durch Cohydrolyse von Oligomeren (A) mit Alkoxysilanen (Sl) der allgemeinen Formel [3], Silazanen (S2) oder Siloxanen (S3) .Another object of the invention is a process for the preparation of the particles (PA), in which the attachment of the oligomers (A) takes place during the synthesis of the particles (P). According to this process, the particles (P) can preferably be prepared by cohydrolysis of oligomers (A) with alkoxysilanes (S1) of the general formula [3], silazanes (S2) or siloxanes (S3).
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Partikel (PA) zur Herstellung von Kompositmaterialien (K) .Another object of the invention is the use of the particles (PA) according to the invention for the production of composite materials (K).
Für die Herstellung der Kompositmaterialien (K) kommen sowohl anorganische als auch organische Polymere als Matrixmaterialien (M) zum Einsatz. Beispiele für derartige Polymermatrizes (M) sind Polyethylene, Polypropylene, Polyamide, Polyimide, Polycarbonate, Polyester, Polyetherimide, Polyethersulfone, Polyphenylenoxide, Polyphenylensulfide, Polysulfone (PSU) , Polyphenylsulfone (PPSU) , Polyurethane, Polyvinylchloride, Polytetrafluorethylene (PTFE), Polystyrole (PS), Polyvinylalkohole (PVA) , Polyetherglykole (PEG) , Polyphenylenoxide (PPO) , Polyaryletherketone, Epoxidharze, Polyacrylate, Polymethacrylate und Siliconharze.Both inorganic and organic polymers are used as matrix materials (M) for the production of the composite materials (K). Examples of such polymer matrices (M) are polyethylenes, polypropylenes, polyamides, polyimides, polycarbonates, polyesters, polyetherimides, polyethersulfones, polyphenylene oxides, polyphenylene sulfides, polysulfones (PSU), polyphenylsulfones (PPSU), polyurethanes, polyvinyl chlorides, polytetrafluoroethylenes (PTFE), polystyrenes (PS ), Polyvinyl alcohols (PVA), polyether glycols (PEG), polyphenylene oxides (PPO), polyaryl ether ketones, epoxy resins, polyacrylates, polymethacrylates and silicone resins.
Polymere, die sich ebenfalls als Matrix (M) eignen, sind oxidische Materialien, die nach gängigen, dem Fachmann bekannten Sol-Gel-Verfahren zugänglich sind. Nach dem Sol-Gel- Verfahren werden hydrolysierbare und kondensierbare Silane und/oder metallorganische Reagenzien mittels Wasser und gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators hydrolysiert und durch geeignete Methoden zu den silikatischen bzw. oxidischen Materialien gehärtet. Tragen die Silane oder metallorganischen Reagenzien organofunktionelle Gruppen (wie z.B. Epoxy-, Methacryl-, Amingruppen) , die zu einer Vernetzung herangezogen werden können, so können diese modifizierten Sol-Gel-Materialien zusätzlich über ihren organischen Anteil gehärtet werden. Die Härtung des organischen Anteils kann dabei - gegebenenfalls nach Zugabe weiterer reaktiver organischer Komponenten - u.a. thermisch oder durch UV-Bestrahlung erfolgen. Beispielsweise sind so Sol-Gel-Materialien als Matrix (M) geeignet, die durch Reaktion eines epoxyfunktionellen Alkoxysilans mit einem Epoxidharz und gegebenenfalls in Gegenwart eines Aminhärters zugänglich sind. Ein weitere Beispiel für derartige anorganische-organische Polymere sind Sol-Gel-Materialien (M) , die sich aus aminofunktionellen Alkoxysilanen und Epoxidharzen herstellen lassen. Durch das Einbringen des organischen Anteils kann beispielsweise die Elastizität eines Sol-Gel-Films verbessert werden. Derartige anorganisch-organische Polymere sind beispielsweise in Thin Solid Films 1999, 351, 198-203 beschrieben .Polymers which are likewise suitable as matrix (M) are oxidic materials which are accessible by customary sol-gel processes known to the person skilled in the art. According to the sol-gel process, hydrolyzable and condensable silanes are used and / or organometallic reagents are hydrolyzed by means of water and optionally in the presence of a catalyst and cured by suitable methods to the silicate or oxidic materials. If the silanes or organometallic reagents carry organofunctional groups (such as, for example, epoxy, methacrylic, amine groups) which can be used for crosslinking, then these modified sol-gel materials can additionally be cured via their organic fraction. The hardening of the organic fraction can take place, optionally after addition of further reactive organic components, inter alia thermally or by UV irradiation. For example, sol-gel materials are thus suitable as matrix (M), which are accessible by reaction of an epoxy-functional alkoxysilane with an epoxy resin and optionally in the presence of an amine curing agent. Another example of such inorganic-organic polymers are sol-gel materials (M) which can be prepared from amino-functional alkoxysilanes and epoxy resins. By introducing the organic fraction, for example, the elasticity of a sol-gel film can be improved. Such inorganic-organic polymers are described, for example, in Thin Solid Films 1999, 351, 198-203.
Als Matrixmaterialien (M) eignen sich zudem auch Mischungen verschiedener Matrixpolymere bzw. die entsprechenden Copolymere .Other suitable matrix materials (M) are mixtures of different matrix polymers or the corresponding copolymers.
Es können zudem auch Reaktivharze als Matrixmaterial (M) eingesetzt werden. Unter Reaktivharzen werden dabei Verbindungen verstanden, die über eine oder mehrere reaktionsfähige Gruppen verfügen. Beispielhaft seien hier als reaktionsfähige Gruppen Hydroxy-, Amino-, Isocyanat-, Epoxid- Gruppen, ethylenisch ungesättigte Gruppen sowie feuchtigkeitsvernetzende Alkoxysilylgruppen genannt. In Gegenwart eines geeigneten Härters bzw. eines Initiators können die Reaktivharze durch thermische Behandlung oder aktinische Strahlung polymerisiert werden.It is also possible to use reactive resins as matrix material (M). Reactive resins are compounds which have one or more reactive groups. Examples of reactive groups here are hydroxyl, amino, isocyanate, epoxide Groups, ethylenically unsaturated groups and moisture-curing alkoxysilyl groups called. In the presence of a suitable hardener or an initiator, the reactive resins can be polymerized by thermal treatment or actinic radiation.
Die Reaktivharze können dabei in monomerer, oligomerer und polymerer Form vorliegen. Beispiele für gängige Reaktivharze sind: hydroxyfunktionelle Harze wie z.B. hydroxylgruppen- haltige Polyacrylate oder Polyester, die mit isocyanatfunktionellen Härtern vernetzt werden; acryl- sowie methacrylfunktionelle Harze, die nach Zugabe eines Initiators thermisch oder durch aktinische Strahlung gehärtet werden; Epoxidharze, die mit Aminhärtern vernetzt werden; vinylfunktionelle Siloxane, die durch Reaktion mit einem SiH- funktionellen Härter vernetzt werden können; SiOH-funktionelle Siloxane, die durch eine Polykondensation gehärtet werden können .The reactive resins may be present in monomeric, oligomeric and polymeric form. Examples of common reactive resins are: hydroxy-functional resins, e.g. hydroxyl-containing polyacrylates or polyesters which are crosslinked with isocyanate-functional curing agents; acrylic and methacrylic functional resins which are cured thermally or by actinic radiation upon addition of an initiator; Epoxy resins crosslinked with amine curing agents; vinyl-functional siloxanes which can be crosslinked by reaction with a SiH-functional hardener; SiOH-functional siloxanes which can be cured by a polycondensation.
Die erfindungsgemäßen Partikel (PS) können im Kompositmaterial (K) dabei einen Verteilungsgradienten aufweisen oder homogen verteilt sein. In Abhängigkeit vom gewählten Matrixsystem kann sich sowohl eine homogene Verteilung als auch eine ungleichmäßige Verteilung der Partikel beispielsweise vorteilhaft bezüglich der mechanischen Stabilität oder der Chemikalienbeständigkeit auswirken.The particles (PS) according to the invention may have a distribution gradient or be homogeneously distributed in the composite material (K). Depending on the matrix system chosen, both a homogeneous distribution and an uneven distribution of the particles can have an advantageous effect, for example, with respect to mechanical stability or chemical resistance.
Tragen die erfindungsgemäßen Partikel (PA) organofunktionelle Gruppen, die gegenüber der Matrix (M) reaktiv sind, so können die Partikel (PA) nach Dispergierung der Partikel kovalent an die Matrix (M) angebunden werden.If the particles (PA) according to the invention carry organofunctional groups which are reactive with respect to the matrix (M), the particles (PA) can be covalently bonded to the matrix (M) after the particles have been dispersed.
Die Menge der im Kompositmaterial (K) enthaltenen Partikel (PA) beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht, vorzugsweise mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 10% und vorzugsweise höchstens 90 Gew.-%. Dabei können die Kompositmaterialien (K) einen oder mehrere verschiedene Partikeltypen (PA) enthalten. So sind beispielsweise Komposite (K) Gegenstand der Erfindung, die modifiziertes Siliciumdioxid sowie modifiziertes Aluminiumoxid enthalten .The amount of the particles (PA) contained in the composite material (K) is preferably at least, based on the total weight 1 wt .-%, preferably at least 5 wt .-%, particularly preferably at least 10% and preferably at most 90 wt .-%. The composite materials (K) may contain one or more different particle types (PA). Thus, for example, composites (K) are the subject of the invention containing modified silica and modified alumina.
Die Herstellung der Kompositmaterialien (K) erfolgt vorzugsweise in einem zweistufigen Verfahren. In einer ersten Stufe werden durch Einarbeitung der Partikel (PA) in das Matrixmaterial (M) Dispersionen (D) hergestellt. In einem zweiten Schritt werden die Dispersionen (D) in die Kompositmaterialien (K) überführt.The preparation of the composite materials (K) is preferably carried out in a two-stage process. In a first stage dispersions (D) are prepared by incorporation of the particles (PA) into the matrix material (M). In a second step, the dispersions (D) are converted into the composite materials (K).
Zur Herstellung der Dispersionen (D) werden das Matrixmaterial (M) sowie die erfindungsgemäßen Partikel (PA) in einem Lösungsmittel, bevorzugt einem polaren aprotischen oder protischen Lösungsmittel, oder einem Lösungsmittelgemisch gelöst bzw. dispergiert. Geeignete Lösungsmittel sindTo prepare the dispersions (D), the matrix material (M) and the particles (PA) according to the invention are dissolved or dispersed in a solvent, preferably a polar aprotic or protic solvent, or a solvent mixture. Suitable solvents are
Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, ZV-Methyl- 2-pyrrolidon, Wasser, Ethanol, Methanol, Propanol. Dabei kann die Matrix (M) zu den Partikeln (PA) oder die Partikel (PA) zur Matrix (M) gegeben werden. Zur Dispergierung der Partikel (PA) im Matrixmaterial (M) können weitere zur Dispergierung üblicherweise eingesetzte Additive und Zusätze verwendet werden. Zu nennen sind hier Brönstedt-Säuren, wie z.B. Salzsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Trifluoressigsäure, Essigsäure, Methylsulfonsäure, Brönstedt- Basen, wie z.B. Triethylamin und Ethyldiisopropylamin . Zudem können als weitere Zusätze alle üblicherweise verwendeten Emulgatoren und/oder Schutzkolloide eingesetzt werden. Beispiele für Schutzkolloide sind Polyvinylalkohole, Cellulosederivate oder Vinylpyrrolidon enthaltende Polymerisate. Gebräuchliche Emulgatoren sind z.B. ethoxylierte Alkohole und Phenole (Alkylrest C4-C18/ EO-Grad 3-100), Alkali- und Ammoniumsalze von Alkylsulfaten (C3~C]_g), Schwefelsäure- sowie Phosphorsäureester und Alkylsulfonate .Dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, ZV-methyl-2-pyrrolidone, water, ethanol, methanol, propanol. In this case, the matrix (M) can be added to the particles (PA) or the particles (PA) to the matrix (M). To disperse the particles (PA) in the matrix material (M) it is possible to use further additives and additives usually used for dispersion. These include Brönsted acids, such as hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, trifluoroacetic acid, acetic acid, methylsulfonic acid, Bronsted bases, such as triethylamine and ethyldiisopropylamine. In addition, all commonly used emulsifiers and / or protective colloids can be used as further additives. Examples of protective colloids are polyvinyl alcohols, Cellulose derivatives or vinylpyrrolidone-containing polymers. Common emulsifiers are, for example, ethoxylated alcohols and phenols (alkyl radical C4-C18 / EO grade 3-100), alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (C3-C17_g), sulfuric acid and phosphoric acid esters and alkyl sulfonates.
Besonders bevorzugt werden SuIfobernsteinsäureester sowie Alkalialkylsulfate sowie Polyvinylalkohole . Es können auch mehrere Schutzkolloide und/oder Emulgatoren als Gemisch eingesetzt werden.Particularly preferred are succinic acid esters as well as alkali alkyl sulfates and polyvinyl alcohols. It is also possible to use a plurality of protective colloids and / or emulsifiers as a mixture.
Liegen Partikel (PA) und Matrix (M) als Feststoff vor, können die Dispersionen (D) auch durch einen Schmelz- oder Extrusionsprozess hergestellt werden.If particles (PA) and matrix (M) are present as solids, the dispersions (D) can also be prepared by a melt or extrusion process.
Alternativ kann die Dispersion (D) hergestellt werden, indem Partikel (P) im Matrixmaterial (M) modifiziert werden. Dazu werden die Partikel (P) im Matrixmaterial (M) dispergiert und anschließend mit den Oligomeren (A) zu den Partikeln (PA) umgesetzt .Alternatively, the dispersion (D) can be prepared by modifying particles (P) in the matrix material (M). For this purpose, the particles (P) in the matrix material (M) are dispersed and then reacted with the oligomers (A) to the particles (PA).
Enthalten die Dispersionen (D) wässrige oder organische Lösungsmittel, so werden die entsprechenden Lösungsmittel nach Herstellen der Dispersion (D) entfernt. Die Entfernung des Lösungsmittels erfolgt dabei bevorzugt destillativ. Alternativ kann das Lösungsmittel in der Dispersion (D) verbleiben und im Zuge der Herstellung des Kompositmaterials (K) durch Auftrocknen entfernt werden.If the dispersions (D) contain aqueous or organic solvents, the corresponding solvents are removed after preparation of the dispersion (D). The removal of the solvent is preferably carried out by distillation. Alternatively, the solvent may remain in the dispersion (D) and be removed by drying in the course of the preparation of the composite material (K).
Die Dispersionen (D) können zudem gängige Lösungsmittel sowie die in Formulierungen üblichen Additive und Zusätze erhalten. Zu nennen wären hier u.a. Verlaufshilfsmittel, oberflächenaktive Substanzen, Haftvermittler, Lichtschutzmittel wie UV-Absorber und/oder Radikalfänger, Thixotropiermittel sowie weitere Fest- und Füllstoffe. Zur Erzeugung der jeweils gewünschten Eigenschaftsprofile sowohl der Dispersionen (D) als auch der Komposite (K) sind derartige Zusätze bevorzugt.The dispersions (D) can also contain common solvents and the additives and additives customary in formulations. Amongst others, leveling agents, surface-active substances, adhesion promoters, light stabilizers such as UV absorbers and / or free-radical scavengers, thixotropic agents should be mentioned here as well as other solids and fillers. To produce the respective desired property profiles of both the dispersions (D) and the composites (K), such additives are preferred.
Zur Herstellung der Kompositmaterialien (K) werden dieFor the preparation of the composite materials (K) are the
Dispersionen (D) enthaltend Partikel (PA) und Matrix (M) auf ein Substrat aufgeräkelt. Weitere Verfahren sind Eintauch-, Sprüh-, Giess- und Extrusionsprozesse . Geeignete Substrate sind u.a. Glas, Metall, Holz, Silicium-Wafer und Kunststoffe wie z.B. Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol und PTFE.Dispersions (D) containing particles (PA) and matrix (M) on a substrate geräkelelt. Further processes are immersion, spraying, casting and extrusion processes. Suitable substrates include i.a. Glass, metal, wood, silicon wafers and plastics such as e.g. Polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polystyrene and PTFE.
Handelt es sich bei den Dispersionen (D) um Mischungen von Partikeln (PA) und Reaktivharzen (M) , erfolgt die Aushärtung der Dispersionen bevorzugt nach Zugabe eines Härters oderIf the dispersions (D) are mixtures of particles (PA) and reactive resins (M), the curing of the dispersions preferably takes place after addition of a hardener or
Initiators durch aktinische Strahlung oder thermische Energie.Initiator by actinic radiation or thermal energy.
Die Herstellung der Kompositmaterialien (K) kann alternativ dadurch erfolgen, dass die erfindungsgemäßen Partikel (PA) in der Matrix (M) gebildet werden. Ein gängiges Verfahren zur Herstellung dieser Kompositmaterialien (K) ist die Sol-Gel- Synthese, bei der Partikelvorstufen, wie z.B. hydrolysierbare metallorganische oder siliciumorganische Verbindungen sowie die Oligomere (A) , in der Matrix (M) gelöst werden und anschließend die Partikelbildung beispielsweise durch Zugabe einesAlternatively, the composite materials (K) can be produced by forming the particles (PA) according to the invention in the matrix (M). One common method of making these composite materials (K) is sol-gel synthesis which involves the use of particle precursors, e.g. hydrolyzable organometallic or organosilicon compounds and the oligomers (A) are dissolved in the matrix (M) and then the particle formation, for example by adding a
Katalysators initiiert wird. Geeignete Partikelprekursoren sind dabei Tetraethoxysilan, Tetramethoxysilan,Catalyst is initiated. Suitable particle precursors are tetraethoxysilane, tetramethoxysilane,
Methyltrimethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan etc. Die Sol-Gel- Mischungen werden zur Herstellung der Komposite (K) auf ein Substrat aufgebracht und durch Abdampfen des Lösungsmittels getrocknet . In einer ebenfalls bevorzugten Methode wird ein gehärtetes Polymer durch ein geeignetes Lösemittel aufgequollen und in eine Lösung getaucht, welche als Partikelvorstufen beispielsweise hydrolysierbare metallorganische oder siliciumorganische Verbindungen sowie die Oligomere (A) enthält. Die Partikelbildung der in der Polymermatrix angereicherten Partikelvorstufen wird dann im Anschluss daran durch die oben genannten Methoden initiiert.Methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, etc. The sol-gel mixtures are applied to a substrate for the preparation of the composite (K) and dried by evaporation of the solvent. In a likewise preferred method, a cured polymer is swollen by a suitable solvent and immersed in a solution containing as particle precursors, for example, hydrolyzable organometallic or organosilicon compounds and the oligomers (A). The particle formation of the particle precursors enriched in the polymer matrix is then initiated by the methods mentioned above.
Die Kompositmaterialien (K) können aufgrund ihrer hervorragenden chemischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften insbesondere als Kleb- und Dichtstoffe, Beschichtungen sowie als Versiegelungs- und Vergussmassen eingesetzt werden.Due to their excellent chemical, thermal and mechanical properties, the composite materials (K) can be used in particular as adhesives and sealants, coatings and as sealants and potting compounds.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erfindungsgemäßen Partikel (PA) dadurch gekennzeichnet, dass sie in polaren Systemen, wie lösemittelfreien Polymeren und Harzen, oder Lösungen, Suspensionen, Emulsionen und Dispersionen von organischen Harzen, in wässrigen Systemen oder in organischen Lösemitteln (z.B.: Polyester, Vinylester, Epoxide, Polyurethane, Alkydharze, u.a.) eine hohe Verdickungswirkung aufweisen, und damit als rheologische Additive in diesen Systemen geeignet sind. Die Partikel (PA) liefern als rheologisches Additiv in diesen Systemen die erforderte notwendige Viskosität,In a further embodiment of the invention, the particles (PA) according to the invention are characterized in that they are used in polar systems, such as solvent-free polymers and resins, or solutions, suspensions, emulsions and dispersions of organic resins, in aqueous systems or in organic solvents (eg: Polyester, vinyl esters, epoxies, polyurethanes, alkyd resins, etc.) have a high thickening effect, and are therefore suitable as rheological additives in these systems. As a rheological additive in these systems, the particles (PA) provide the necessary viscosity required,
Strukturviskosität, Thixotropie und eine für das Standvermögen an senkrechten Flächen ausreichende Fließgrenze.Intrinsic viscosity, thixotropy and yield strength sufficient for standing on vertical surfaces.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die oberflächenmodifizierten Partikel (PA) dadurch gekennzeichnet, dass sie in pulverförmigen Systemen Verbackungen oder Verklumpungen, z.B. unter Feuchteeinfluss verhindert, aber auch nicht zur Reagglomeration neigen, und damit zur unerwünschten Separierung, sondern Pulver fließfähig erhalten und somit belastungsstabile und lagerstabile Mischungen ermöglichen. Im Allgemeinen werden dabei Partikelmengen von 0,1 bis 3 Gew.-% bezogen auf das pulverförmige System eingesetzt.In a further embodiment of the invention, the surface-modified particles (PA) are characterized in that they prevent caking or clumping, eg under the influence of moisture, in pulverulent systems, but also do not tend to Reagglomeration, and thus get the undesirable separation, but powders flowable and thus allow load-stable and storage-stable mixtures. In general, particle amounts of from 0.1 to 3% by weight, based on the powdery system, are used.
Dies gilt im Besonderen für den Einsatz in nichtmagnetischen und magnetischen Tonern und Entwicklern und Ladungssteuerungshilfsmitteln, z.B. in kontaktlosen oder elektrofotografischen Druck-/Reproduktionsverfahren die 1- und 2-Komponenten Systeme sein können. Dies gilt auch in pulverförmigen Harzen, die als Anstrichsysteme verwendet werden .This is especially true for use in nonmagnetic and magnetic toners and developers and charge control aids, e.g. in contactless or electrophotographic printing / reproduction processes, the 1- and 2-component systems can be. This also applies in powdered resins used as paint systems.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der Partikel (PA) in Tonern, Entwicklern undAnother object of the invention is the use of the particles (PA) in toners, developers and
Ladungssteuerungshilfsmitteln . Derartige Entwickler und Toner sind z.B. magnetische 1-Komponenten und 2-Komponenten Toner, aber auch nichtmagnetische Toner. Diese Toner können als Hauptbestandteil Harze, wie Styrol- und Acrylharze aufweisen, und bevorzugt zu Partikelverteilungen von 1-100 μm vermählen sein, oder können Harze sein, die in Polymerisationsverfahren in Dispersion oder Emulsion oder Lösung oder in Masse zu Partikelverteilungen von bevorzugt 1-100 μm hergestellt wurden. Silizium- und Metalloxid wird bevorzugt eingesetzt zur Verbesserung und Steuerung des Pulver-Fließverhaltens, und/oder zur Regulierung und Steuerung der triboelektrischen Ladungseigenschaften des Toners oder Entwicklers. Derartige Toner und Entwickler können bei elektrophotografischen Print- und Druckverfahren eingesetzt werden, auch sind sie einsetzbar bei direkten Bildübertragungsverfahren. Alle vorstehenden Symbole der vorstehenden Formeln weisen ihre Bedeutungen jeweils unabhängig voneinander auf. In allen Formeln ist das Siliziumatom vierwertig.Charge control aids. Such developers and toners are, for example, magnetic 1-component and 2-component toner, but also non-magnetic toner. These toners may contain, as a principal ingredient, resins such as styrene and acrylic resins, preferably milled to particle distributions of 1-100 microns, or may be resins used in dispersion or emulsion or solution polymerization processes or in bulk to particle distributions of preferably 1-100 μm were produced. Silicon and metal oxide is preferably used to improve and control the powder flow behavior, and / or to regulate and control the triboelectric charging properties of the toner or developer. Such toners and developers can be used in electrophotographic printing and printing processes, and are useful in direct image transfer processes. All the above symbols of the above formulas each have their meanings independently of each other. In all formulas, the silicon atom is tetravalent.
Soweit nicht anders angegeben sind alle Mengen- undUnless otherwise indicated, all quantities and
Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, alle Drücke 0,10 MPa (abs.) und alle Temperaturen 20 0C.Percentages based on weight, all pressures 0.10 MPa (abs.) And all temperatures 20 0 C.
Beispiel 1 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) : Zu einem Gemisch aus 48 mmol Methacryloxymethyl-triethoxysilan (GENIOSIL® XL-36, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 0,6 mmol Cu(I)Cl und 1,32 mmol 2, 2' -Bipyridin in 10 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre 1,8 mmol Ethoxybromoisobutyrat zugegeben. Man erhitzt über einen Zeitraum von 12 h auf 70 0C. Man filtriert über ein grobes Sieb (100 mesh) und erhält eine 56%-Lösung von Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von 4280 g/mol und einer gewichtsmittleren Molmasse von 6670 g/mol bei einer Polydispersität von 1,55. Der über ^H-NMR ermittelte Umsatz beträgt 85%.Example 1 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention): To a mixture of 48 mmol of methacryloxymethyltriethoxysilane (GENIOSIL® XL-36, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 0.6 mmol of Cu (I) Cl and 1.32 mmol 2,2'-bipyridine in 10 ml of toluene are added under a nitrogen atmosphere 1.8 mmol of ethoxybromo-isobutyrate. The mixture is heated over a period of 12 h at 70 0 C. The mixture is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to give a 56% solution of Oligomethacrylsilan in toluene with a particular by GPC number average molecular weight of 4280 g / mol and a weight average molecular weight of 6670 g / mol at a polydispersity of 1.55. The determined by ^ H-NMR conversion is 85%.
Beispiel 2 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) : Zu einem Gemisch aus 48 mmol Methacryloxymethyl- (diethoxy)methylsilan (GENIOSIL® XL-34, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 0,6 mmol Cu(I)Cl und 1,32 mmol 2,2'-Example 2 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention): To a mixture of 48 mmol of methacryloxymethyl (diethoxy) methylsilane (GENIOSIL® XL-34, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 0.6 mmol of Cu (I) Cl and 1 , 32 mmol 2,2'-
Bipyridin in 10 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre 1,8 mmol Ethoxybromoisobutyrat zugegeben. Man erhitzt über einen Zeitraum von 12 h auf 70 0C. Man filtriert über ein grobes Sieb (100 mesh) und erhält eine 52%-Lösung von Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von 3860 g/mol und einer gewichtsmittleren Molmasse von 6030 g/mol bei einer Polydispersität von 1,57. Der über IH-NMR ermittelte Umsatz beträgt 75%. Beispiel 3 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) :Bipyridine in 10 ml of toluene are added under nitrogen atmosphere 1.8 mmol Ethoxybromoisobutyrat. The mixture is heated over a period of 12 h at 70 0 C. The mixture is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to give a 52% solution of Oligomethacrylsilan in toluene with a particular by GPC number average molecular weight of 3860 g / mol and a weight average molecular weight of 6030 g / mol at a polydispersity of 1.57. The determined by IH-NMR conversion is 75%. Example 3 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention):
Zu einem Gemisch aus 48 mmol Methacryloxypropyl-trimethoxysilanTo a mixture of 48 mmol methacryloxypropyl-trimethoxysilane
(GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 0,6 mmol Cu(I)Cl und 1,32 mmol 2, 2' -Bipyridin in 10 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre 1,8 mmol Ethoxybromoisobutyrat zugegeben. Man erhitzt über einen Zeitraum von 12 h auf 70 0C. Man filtriert über ein grobes Sieb(GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 0.6 mmol of Cu (I) Cl and 1.32 mmol of 2,2'-bipyridine in 10 ml of toluene are added under a nitrogen atmosphere 1.8 mmol Ethoxybromoisobutyrat. The mixture is heated to 70 ° C. over a period of 12 hours. The mixture is filtered through a coarse sieve
(100 mesh) und erhält eine 45%-Lösung von Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von 5672 g/mol und einer gewichtsmittleren Molmasse von 10200 g/mol bei einer Polydispersität von 1,81. Der über IH-NMR ermittelte Umsatz beträgt 70%. Die Molekulargewichtsverteilung lässt auf einen geringen Grad an Kondensation zwischen einzelnen Oligomermolekülen schließen.(100 mesh) and obtains a 45% solution of oligomethacrylsilane in toluene with a GPC number average molecular weight of 5672 g / mol and a weight-average molecular weight of 10200 g / mol at a polydispersity of 1.81. The determined by IH-NMR conversion is 70%. The molecular weight distribution suggests a low degree of condensation between individual oligomer molecules.
Beispiel 4 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) : Zu einem Gemisch aus 48 mmol Methacryloxymethyl- (dimethoxy)methylsilan (GENIOSIL® XL-32, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 0,6 mmol Cu(I)Cl und 1,32 mmol 2,2'-Example 4 (Synthesis of an oligomer A according to the invention): To a mixture of 48 mmol methacryloxymethyl- (dimethoxy) methylsilane (GENIOSIL® XL-32, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 0.6 mmol Cu (I) Cl and 1 , 32 mmol 2,2'-
Bipyridin in 10 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre 1,8 mmol Ethoxybromoisobutyrat zugegeben. Man erhitzt über einen Zeitraum von 12 h auf 70 0C. Man filtriert über ein grobes Sieb (100 mesh) und erhält eine 53%-Lösung von Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von 3730 g/mol und einer gewichtsmittleren Molmasse von 6100 g/mol bei einer Polydispersität von 1,81. Der über ^H-NMR ermittelte Umsatz beträgt 65%.Bipyridine in 10 ml of toluene are added under nitrogen atmosphere 1.8 mmol Ethoxybromoisobutyrat. The mixture is heated over a period of 12 h at 70 0 C. The mixture is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to give a 53% solution of Oligomethacrylsilan in toluene with a particular by GPC number average molecular weight of 3730 g / mol and a weight average molecular weight of 6100 g / mol at a polydispersity of 1.81. The determined by ^ H-NMR conversion is 65%.
Beispiel 5 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) :Example 5 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention):
Zu einem Gemisch aus 48 mmol Methacryloxymethyl-trimethoxysilan (GENIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 0,6 mmol Cu(I)Cl und 1,32 mmol 2, 2' -Bipyridin in 10 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre 1,8 mmol Ethoxybromoisobutyrat zugegeben. Man erhitzt über einen Zeitraum von 15 h auf 70 0C. Man filtriert über ein grobes Sieb (100 mesh) und erhält eine 56%-Lösung von Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von 4730 g/mol und einer gewichtsmittleren Molmasse von 8160 g/mol bei einer Polydispersität von 1,72. Der über ^H-NMR ermittelte Umsatz beträgt > 95%.To a mixture of 48 mmol methacryloxymethyltrimethoxysilane (GENIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 0.6 mmol of Cu (I) Cl and 1.32 mmol of 2,2'-bipyridine in 10 ml of toluene 1.8 mmol Ethoxybromoisobutyrat be added under nitrogen atmosphere. The mixture is heated over a period of 15 h at 70 0 C. The mixture is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to give a 56% solution of Oligomethacrylsilan in toluene with a particular by GPC number average molecular weight of 4730 g / mol and a weight average molecular weight of 8160 g / mol at a polydispersity of 1.72. The determined by ^ H-NMR conversion is> 95%.
Beispiel 6 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) :Example 6 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention):
Zu einem Gemisch aus 96 mmol Methacryloxypropyl-trimethoxysilan (GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 1,2 mmol Cu(I)Cl und 2,62 mmol 2, 2' -Bipyridin in 20 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre 7,2 mmol Ethoxybromoisobutyrat zugegeben. Man erhitzt über einenTo a mixture of 96 mmol methacryloxypropyl-trimethoxysilane (GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 1.2 mmol of Cu (I) Cl and 2.62 mmol of 2,2'-bipyridine in 20 ml of toluene 7.2 mmol Ethoxybromoisobutyrat added under nitrogen atmosphere. One heats over one
Zeitraum von 15 h auf 70 0C. Man filtriert über ein grobes Sieb (100 mesh) und erhält eine 51%-Lösung von Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von 5000 g/mol und einer gewichtsmittleren Molmasse von 7610 g/mol bei einer Polydispersität von 1,52. Der über IH-NMR ermittelte Umsatz beträgt > 95%.Period of 15 hours at 70 0 C. The mixture is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to give a 51% solution of Oligomethacrylsilan in toluene with a particular by GPC number average molecular weight of 5000 g / mol and a weight average molecular weight of 7610 g / mol at a polydispersity of 1.52. The determined by IH-NMR conversion is> 95%.
Beispiel 7 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) :Example 7 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention):
Zu einem Gemisch aus 10 mmol Hydroxypropylmethacrylat, 96 mmol Methacryloxypropyl-trimethoxysilan (GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 1,2 mmol Cu(I)Cl und 2,62 mmol 2, 2' -Bipyridin in 20 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre 7,2 mmol Ethoxybromoisobutyrat zugegeben. Man erhitzt über einen Zeitraum von 15 h auf 70 0C. Man filtriert über ein grobes Sieb (100 mesh) und erhält eine 58%- Lösung von hydroxypropylmodifizierten Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von 4636 g/mol und einer gewichtsmittleren Molmasse von 7600 g/mol bei einer Polydispersität von 1,64. Der über IH-NMR ermittelte Umsatz beträgt > 80%.To a mixture of 10 mmol hydroxypropyl methacrylate, 96 mmol methacryloxypropyl-trimethoxysilane (GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 1.2 mmol of Cu (I) Cl and 2.62 mmol of 2,2'-bipyridine in To 20 ml of toluene are added 7.2 mmol of ethoxybromo-isobutyrate under a nitrogen atmosphere. The mixture is heated to 70 ° C. over a period of 15 hours. The product is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to obtain a 58% solution of hydroxypropyl-modified oligomethacrylosilane in toluene with a GPC-determined number average molecular weight of 4636 g / mol and a weight average Molecular weight of 7600 g / mol at a polydispersity of 1.64. The determined by IH-NMR conversion is> 80%.
Beispiel 8 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) : Zu einem Gemisch aus 10 mmol Butylmethacrylat, 96 mmolExample 8 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention): To a mixture of 10 mmol butyl methacrylate, 96 mmol
Methacryloxymethyl-trimethoxysilan (GENIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 1,2 mmol Cu(I)Cl und 2,62 mmol 2 , 2 ' -Bipyridin in 20 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre 7,2 mmol Ethoxybromoisobutyrat zugegeben. Man erhitzt über einen Zeitraum von 15 h auf 70 0C. Man filtriert über ein grobes Sieb (100 mesh) und erhält eine 53%- Lösung von butylmodifizierten Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von 4820 g/mol und einer gewichtsmittleren Molmasse von 7220 g/mol bei einer Polydispersität von 1,50. Der über ^H-NMR ermittelte Umsatz beträgt > 95%.Methacryloxymethyltrimethoxysilane (GENIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 1.2 mmol of Cu (I) Cl and 2.62 mmol of 2,2'-bipyridine in 20 ml of toluene under a nitrogen atmosphere, 7.2 mmol Ethoxybromoisobutyrate added. The mixture is heated to 70 ° C. over a period of 15 hours. The product is filtered through a coarse sieve (100 mesh) to obtain a 53% solution of butyl-modified oligomethacrylosilane in toluene with a GPC-determined number average molecular weight of 4820 g / mol and a weight average Molar mass of 7220 g / mol at a polydispersity of 1.50. The determined by ^ H-NMR conversion is> 95%.
Beispiel 9 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) : Zu einem Gemisch aus 10 g mmol Methacryloxymethyl- trimethoxysilan (GENIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 0,3 g mmol Laurylmercaptan und 0,3 g tert- Butylperoxybenzoat in 20 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre über einen Zeitraum von 7 h auf 110 0C erhitzt. Man erhält eine 33%-Lösung von Oligomethacrylsilan in Toluol.Example 9 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention): To a mixture of 10 g mmol of methacryloxymethyltrimethoxysilane (GENIOSIL® XL-33, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 0.3 g of laurylmercaptan and 0.3 g of tert-butyltrimethoxysilane. Butyl peroxybenzoate in 20 ml of toluene are heated to 110 0 C under a nitrogen atmosphere over a period of 7 h. A 33% solution of oligomethacrylsilane in toluene is obtained.
Beispiel 10 (Synthese eines Oligomers A, erfindungsgemäß) : Zu einem Gemisch aus 10 Gramm Methacryloxypropyl- trimethoxysilan (GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, München, Deutschland), 0,3 Gramm Laurylmercaptan und 0,3 Gramm tert- Butylperoxybenzoat in 20 ml Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre über einen Zeitraum von 7 h auf 110 0C erhitzt. Man erhält eine 33%-Lösung von Oligomethacrylsilan in Toluol mit einer per GPC bestimmten zahlenmittleren Molmasse von ca. 7000 g/mol.Example 10 (Synthesis of an oligomer A, according to the invention): To a mixture of 10 grams of methacryloxypropyltrimethoxysilane (GENIOSIL® GF-31, Wacker Chemie AG, Munich, Germany), 0.3 grams of laurylmercaptan and 0.3 grams of tert-butyl peroxybenzoate in 20 ml of toluene are heated to 110 ° C. under a nitrogen atmosphere over a period of 7 hours. This gives a 33% solution of oligomethacrylsilane in Toluene with a number average molecular weight of about 7000 g / mol determined by GPC.
Beispiel 11. Modifizierung eines Partikels mit anschließendem LösungsmittelaustauschExample 11. Modification of a particle with subsequent solvent exchange
Zu 5,00 g eines Kieselsols in Isopropanol (IPA-ST® der Firma Nissan Chemical; 30,5 Gew.-% SiC>2; mittlere Teilchengröße 12 nm) wird eine Lösung von 150 μl der 51% Lösung des in Beispiel 6 beschriebenen Oligomers getropft und das Reaktionsgemisch für 12 h bei Raumtemperatur gerührt. Nach Zugabe von 15 g Methoxypropylacetat wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf einen Festgehalt von 10 Gew.-% eingeengt. Man erhält ein modifiziertes Kieselsol, das einen leichten Tyndall-Effekt zeigt und nur noch Spuren von Isopropanol enthält.To 5.00 g of a silica sol in isopropanol (IPA- ST® from Nissan Chemical, 30.5% by weight of SiC> 2, average particle size 12 nm), a solution of 150 μl of the 51% solution of that described in Example 6 is obtained Dropped oligomers and the reaction mixture stirred for 12 h at room temperature. After addition of 15 g of methoxypropyl acetate, the reaction mixture is concentrated under reduced pressure to a solids content of 10 wt .-%. A modified silica sol is obtained which shows a slight Tyndall effect and contains only traces of isopropanol.
Beispiel 12. Modifizierung eines Partikels mit anschließendem LösungsmittelaustauschExample 12. Modification of a particle with subsequent solvent exchange
Zu 5,00 g eines Kieselsols in Isopropanol (IPA-ST® der Firma Nissan Chemical; 30,5 Gew.-% SiC>2; mittlere Teilchengröße 12 nm) wird eine Lösung von 75 μl der 56% Lösung des in Beispiel 5 beschriebenen Oligomers getropft und das Reaktionsgemisch für 12 h bei Raumtemperatur gerührt. Nach Zugabe von 15 g Methoxypropylacetat wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf einen Festgehalt von 10 Gew.-% eingeengt. Man erhält ein modifiziertes Kieselsol, das einen leichten Tyndall-Effekt zeigt und nur noch Spuren von Isopropanol enthält.To 5.00 g of a silica sol in isopropanol (IPA- ST® from Nissan Chemical, 30.5% by weight of SiC> 2, mean particle size 12 nm) is added a solution of 75 μl of the 56% solution described in Example 5 Dropped oligomers and the reaction mixture stirred for 12 h at room temperature. After addition of 15 g of methoxypropyl acetate, the reaction mixture is concentrated under reduced pressure to a solids content of 10 wt .-%. A modified silica sol is obtained which shows a slight Tyndall effect and contains only traces of isopropanol.
Beispiel 13. Modifizierung eines Partikels mit anschließender Isolierung und RedispergierungExample 13. Modification of a particle with subsequent isolation and redispersion
Zu 5,00 g eines Kieselsols in Isopropanol (IPA-ST® der Firma Nissan Chemical; 30,5 Gew.-% SiC>2; mittlere Teilchengröße 12 nm) wird eine Lösung von 150 μl der 51% Lösung des in Beispiel 6 beschriebenen Oligomers getropft und das Reaktionsgemisch für 12 h bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wird das Lösungsmittel abgedampft und der erhaltene Niederschlag in Isopropanol redispergiert . Man erhält eine transparenteTo 5.00 g of a silica sol in isopropanol (IPA- ST® from Nissan Chemical, 30.5% by weight of SiC> 2, average particle size 12 nm), a solution of 150 .mu.l of the 51% solution of the oligomer described in Example 6 is added dropwise and the reaction mixture is stirred for 12 h at room temperature. The solvent is then evaporated off and the precipitate obtained is redispersed in isopropanol. This gives a transparent
Dispersion, die wie das unmodifizierte Kieselsol einen leichten Tyndall-Effekt aufweist.Dispersion which, like the unmodified silica sol, has a slight Tyndall effect.
Beispiel 14. Herstellung von Beschichtungsformulierungen, der daraus erhältlichen Lacken sowie Charakterisierung der LackeExample 14. Preparation of coating formulations, the paints obtainable therefrom and characterization of the coatings
Zur Herstellung einer Beschichtungsformulierung wird ein acrylatbasierendes Lackpolyol mit einem Festgehalt von 52,4 Gew.-% (Lösemittel: Solvent Naphta, Methoxypropylacetat (10:1)), einem Hydroxylgruppengehalt von 1,46 mmol/g Harzlösung und einer Säurezahl von 10-15 mg KOH/g mit Desmodur® BL 3175 SN der Fa. Bayer (butanoxim-blockiertes Polyisocyanat, blockierter NCO-Gehalt von 2,64 mmol/g) vermischt. Die dabei eingesetzten Mengen der jeweiligen Komponenten können der Tabelle 1 entnommen werden. Anschließend werden die in Tabelle 1 angegebenen Mengen der nach den Synthesebeispielen 10 bzw. 11 hergestellten Dispersionen zugegeben. Dabei werden jeweils molare Verhältnisse von geschützten Isocyanatfunktionen zu Hydroxylgruppen von ca. 1,1:1 erreicht. Des Weiteren werden jeweils 0,01 g einer Dibutylzinndilaurat und 0,03 g einer 10 %- igen Lösung ADDID® 100 der Fa. TEGO AG (Verlaufshilfsmittel auf Basis Polydimethylsiloxan) in Isopropanol zugemischt, wodurch Beschichtungsformulierungen mit ca. 50% Festgehalt erhalten werden. Diese anfänglich noch leicht trüben Mischungen werden für 48 h bei Raumtemperatur gerührt, wobei klare Beschichtungsformulierungen erhalten werden.For the preparation of a coating formulation, an acrylate-based paint polyol having a solids content of 52.4% by weight (solvent: solvent naphtha, methoxypropyl acetate (10: 1)), a hydroxyl group content of 1.46 mmol / g resin solution and an acid number of 10-15 mg KOH / g with Desmodur® BL 3175 SN from Bayer (butanoxime-blocked polyisocyanate, blocked NCO content of 2.64 mmol / g). The amounts of the respective components used can be found in Table 1. Subsequently, the amounts indicated in Table 1 are added to the dispersions prepared according to Synthesis Examples 10 and 11, respectively. In each case, molar ratios of protected isocyanate functions to hydroxyl groups of about 1.1: 1 are achieved. Furthermore, in each case 0.01 g of a dibutyltin dilaurate and 0.03 g of a 10% strength solution ADDID® 100 from TEGO AG (flow control agent based on polydimethylsiloxane) in isopropanol are admixed, as a result of which coating formulations having a solids content of about 50% are obtained. These initially slightly cloudy mixtures are stirred for 48 h at room temperature to give clear coating formulations.
Tabelle 1: Rezepturen der Lacke Table 1: Formulations of the paints
* Anteil der Partikel am gesamten Feststoffgehalt der jeweiligen Lackformulierung* Proportion of particles in the total solids content of the respective coating formulation
Die Beschichtungsmassen der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen werden jeweils mittels eines Filmziehgerätes Coatmaster® 509 MC der Fa. Erichsen mit einem Rakel der Spalthöhe 120 μm auf einer Glasplatte aufgeräkelt. Anschließend werden die erhaltenen Beschichtungsfilme in einem Umlufttrockenschrank für 30 Minuten bei 700C und anschließend für 30 min bei 1500C getrocknet. Aus sämtlichen Lackformulierungen werden optisch einwandfreie, glatte Beschichtungen erhalten.The coating compositions of the compositions shown in Table 1 are each wound on a glass plate by means of a film applicator Coatmaster® 509 MC from Erichsen using a squeegee with a gap height of 120 μm. Subsequently, the resulting coating films are dried in a circulating air dryer for 30 minutes at 70 0 C and then at 150 0 C for 30 min. From all paint formulations optically flawless, smooth coatings are obtained.
Der Glanz der Beschichtungen wird mit einem Glanzmeßgerät Micro gloss 20° der Fa. Byk bestimmt und liegt bei allen Lackformulierung zwischen 159 und 164 Glanz-Einheiten. Die Kratzfestigkeit der so erzeugten ausgehärteten Lackfilme wird mit einem Scheuerprüfgerät nach Peter-Dahn ermittelt. Hierzu wird ein Scheuervlies Scotch Brite® 2297 mit einer Fläche von 45 x 45 mm mit einem Gewicht von 500 g beschwert. Mit diesem werden die Lackproben mit insgesamt 50 Hüben verkratzt. Sowohl vor Beginn als auch nach Beendigung der Kratzversuche wird der Glanz der jeweiligen Beschichtung mit einem Glanzmeßgerät Micro gloss 20° der Fa. Byk gemessen.The gloss of the coatings is determined with a gloss meter Micro gloss 20 ° from Byk and is in all paint formulation between 159 and 164 gloss units. The scratch resistance of the cured coating films produced in this way is determined using a scouring tester according to Peter-Dahn. For this, a scouring fleece Scotch Brite® 2297 with an area of 45 x 45 mm and a weight of 500 g is weighted. With this, the paint samples are scratched with a total of 50 strokes. Both before and after the end of the scratching tests, the Gloss of the respective coating with a gloss meter Micro gloss 20 ° from the Byk company.
Als Maß für die Kratzfestigkeit der jeweiligen Beschichtung wird der Glanzverlust im Vergleich zum Ausgangswert bestimmt:As a measure of the scratch resistance of the respective coating, the loss of gloss is determined in comparison with the starting value:
Tabelle 2: Glanzverlust beim Kratztest nach Peter-DahnTable 2: Loss loss in the scratch test according to Peter-Dahn
Die Ergebnisse zeigen die deutliche Verbesserung der Komposite durch Zusatz geeignet modifizierter Partikel. The results show the significant improvement of the composites by addition of suitably modified particles.

Claims

Patentansprüche claims
1. Alkoxysilylfunktionelle Oligomere (A) und deren Hydrolyse- und Kondensationsprodukte, erhältlich durch Polymerisation von1. Alkoxysilyl-functional oligomers (A) and their hydrolysis and condensation products, obtainable by polymerization of
100 Gewichtsteilen ethylenisch ungesättigtem alkoxyfunktio- nellem Silan (S) zusammen mit100 parts by weight of ethylenically unsaturated alkoxy-functional silane (S) together with
0 bis 100 Gewichtsteilen ethylenisch ungesättigten Comonomeren (C) .0 to 100 parts by weight of ethylenically unsaturated comonomer (C).
2. Alkoxysilylfunktionelle Oligomere (A) nach Anspruch 1, bei denen die Silane (S) Verbindungen der allgemeinen Formel [1] sind,2. Alkoxysilyl-functional oligomers (A) according to claim 1, in which the silanes (S) are compounds of the general formula [1],
Rin(R11O) 3_nSi-L-O-CO-CR21=CH2 [1]Ri n (R 11 O) 3-n Si-LO-CO-CR 21 = CH 2 [1]
wobei R1, R11, R21 C^-Cg-Alkylreste sind und n Werte 0, 1 oder 2 undwherein R 1 , R 11 , R 21 are C 1 -C 8 -alkyl radicals and n is 0, 1 or 2 and
L einen C]_-Cg-Alkylenrestbedeutet .L is a C] _Cg alkylene radical.
3. Kern-Hülle-Partikel (PA), die an ihrer Oberfläche Oligomer3. core-shell particles (PA), which are oligomeric on their surface
(A) gemäß Anspruch 1 oder 2 oder dessen Hydrolyse- und Kondensationsprodukte tragen.(A) according to claim 1 or 2 or carry its hydrolysis and condensation products.
4. Verfahren zur Herstellung der Partikel (PA) gemäß Anspruch 3 , bei dem Partikel (P) mit den Oligomeren (A) gemäß Anspruch 1 oder 2 umgesetzt werden.4. A process for producing the particles (PA) according to claim 3, wherein the particles (P) are reacted with the oligomers (A) according to claim 1 or 2.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem Partikel (P), welche Funktionen aufweisen, die ausgewählt werden aus Metall-OH, Metall-O-Metall, Si-OH, Si-O-Si, Si-O-Metall, Si-X, Metall-5. The method of claim 4, wherein particles (P) having functions selected from metal-OH, Metal-O-metal, Si-OH, Si-O-Si, Si-O metal, Si-X, metal
X, Metall-OR2, Si-OR2 mit Oligomeren (A) oder deren Hydrolyse-, Alkoholyse- und Kondensationsprodukten umgesetzt werden, wobeiX, metal OR 2 , Si-OR 2 are reacted with oligomers (A) or their hydrolysis, alcoholysis and condensation products, wherein
R.2 einen substituierten oder unsubstituierten Alkylrest und X ein Halogenatom darstellen.R.2 represents a substituted or unsubstituted alkyl radical and X represents a halogen atom.
6. Verfahren zur Herstellung der Partikel (PA) gemäß Anspruch 3, bei dem die Anbindung der Oligomere (A) während der6. A process for the preparation of the particles (PA) according to claim 3, wherein the attachment of the oligomers (A) during the
Synthese der Partikel (P) erfolgt.Synthesis of the particles (P) takes place.
7. Verwendung der Partikel (PA) gemäß Anspruch 3 zur Herstellung von Kompositmaterialien (K) mit anorganischen oder organischen Polymeren als Matrixmaterialien (M) . 7. Use of the particles (PA) according to claim 3 for the production of composite materials (K) with inorganic or organic polymers as matrix materials (M).
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