EP2052000A1 - Medienbeständige lackharze - Google Patents
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Classifications
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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- C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
- C08F8/30—Introducing nitrogen atoms or nitrogen-containing groups
Definitions
- the invention relates to compositions of glycerol mono (meth) acrylate and hydroxyethyl methacrylate, which are polymerized and then crosslinked with isocyanates, a process for their preparation and their use as coating resins with particular media resistance.
- Glycerol mono (meth) acrylate is a widely used functional comonomer in adhesives, paints and optical materials. Various production methods for glycerol mono (meth) acrylate are known.
- Glycerol mono (meth) acrylate can be prepared by the transesterification of methyl (meth) acrylate or the esterification of (meth) acrylic acid with glycerol.
- the result is a product mixture of mono-, di- and trifunctionalized alcohol, which can be separated due to the good solubility of water products only with great effort.
- the synthetic route is selected via a protected alcohol, the ketalized glycerol or the related glycidol or the corresponding (meth) acrylate to obtain the monoester.
- the coating of materials to improve the surfaces and change the properties is a wide range of tasks.
- curable coatings of aromatic tri- or tetracarboxylic acids and dihydroxyalkyl (meth) acrylates are described. These coatings are cured by means of radiation or heat and have good mechanical and optical properties. In particular, the adhesion to plastic surfaces is improved.
- WO2000 / 23521 claims unsaturated polyester resins with reduced monomer content which are used in gelcoats, coatings or laminates. These materials should be processable with conventional equipment and have mechanical strength.
- the object of the invention was to produce compositions based on glycerol mono (meth) acrylate, which have a particular media resistance.
- compositions of glycerol mono (meth) acrylate and hydroxyethyl methacrylate which is radically polymerized and then with
- Isocyanates are crosslinked.
- radical polymerization also other comonomers can be used.
- the notation (meth) acrylate as used herein means both methacrylate, e.g.
- compositions of the invention have coating resins with excellent media resistance.
- the invention also provides a process for the preparation of the composition according to the invention.
- the method is characterized in that glycerol mono (meth) acrylate and hydroxyethyl methacrylate in the appropriate Solvents are polymerized at a temperature of 100-150 0 C and with the addition of initiators and then crosslinked with isocyanates.
- the isocyanates used are preferably di- and polyfunctional aliphatic and also aromatic representatives.
- a typical representative of the aliphatic isocyanate is the trimer of hexamethylene diisocyanate (trade name Desmodur N3300, Bayer AG).
- Organotin compounds are preferably used for catalysis and an NCO / OH ratio preferably adjusted from 42/58.
- the basis for calculation is the OH number of the resin.
- Another advantage of the method according to the invention is that the viscosities of the resulting coating resins are below 20,000 mPas at 23 ° C, so that in the subsequent formulation of the clearcoats are therefore no restrictions to be expected.
- composition of glycerol mono (meth) acrylate and hydroxyethyl methacrylate which are polymerized together and then crosslinked with isocyanates, find application in paint formulations.
- n-butyl acetate In a 1 liter flask with reflux condenser 100.02 g of n-butyl acetate are initially charged and heated. The polymerization is carried out under a nitrogen atmosphere. 30.66 g of tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, 78.93 g of isobornyl methacrylate, 157.85 g of n-butyl acrylate, 91.8 g of glycerol monomethacrylate, 71.84 g of hydroxyethyl methacrylate, 11.84 g of methacrylic acid and 7.38 g of mercaptoethanol premixed .; this monomer mixture is added to the bottom over 4 hours.
- Films having a thickness of 30 +/- 5 ⁇ m were produced.
- the crosslinked polymer films are treated for 15 minutes with the various media. For this purpose, a soaked cotton cloth is pressed onto the surface. After drying (24 hours at 23 ° C) the pendulum hardness is measured (pendulum hardness according to König, DIN EN ISO 1522).
- IBMA iso-bornyl methacrylate, nBA n-butyl acrylate, GMMA glycerol monomethacrylate, HEMA hydroxyethyl methacrylate, GMAA methacrylic acid, MEK methyl ethyl ketone
- a high value of the pendulum hardness stands for a high hardness of the resulting paint film.
- the glycerol monomethacrylate samples have significantly improved media resistance to the polymer film which does not contain GMMA.
- the molar ratio of GMMA / HEMA 1/1 shows the best properties.
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Abstract
Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen aus Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat, auch unter Hinzufügen weitere Monomerer, radikalsich polymerisiert und anschließend mit Isocyanaten vernetzt werden, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung als Lackharze mit besonderer Medienbeständigkeit.
Description
Medienbeständige Lackharze
Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen aus Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat, die polymerisiert und anschließend mit Isocyanaten vernetzt werden, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung als Lackharze mit besonderer Medienbeständigkeit.
Glycerinmono(meth)acrylat ist ein viel verwendetes funktionelles Comonomer in Klebstoffen, Lacken und optischen Materialien. Es sind verschiedene Herstellverfahren für Glycerinmono(meth)acrylat bekannt.
Glycerinmono(meth)acrylat lässt sich durch die Umesterung von Methyl(meth)acrylat oder die Veresterung von (Meth)acrylsäure mit Glycerin darstellen. Es entsteht ein Produktgemisch aus mono-, di- und trifunktionalisiertem Alkohol, das aufgrund der guten Wasserlöslichkeit der Produkte nur mit großem Aufwand getrennt werden kann.
Man wählt den Syntheseweg über einen geschützten Alkohol, das ketalisierte Glycerin oder das artverwandte Glycidol bzw. das entsprechende (Meth)acrylat, um den Monoester zu erhalten.
Die Beschichtung von Materialien zur Verbesserung der Oberflächen und Veränderung der Eigenschaften ist ein breites Aufgabengebiet.
Die DE 2104730 beansprucht Perfluoralkylmonocarbonsäureester ausgehend von Glycidylmethacrylat, die als Homo- oder Copolymerisate zum Behandeln, vorzugsweise zur Erzeugung oleophober Ausrüstungen auf porösen oder nicht porösen Substraten, verwendet werden. Insbesondere auf Baumwolle kann ein „soil release"- und „antisoiling"-Effekt erzielt werden.
In DE 19739640 werden härtbare Beschichtungen aus aromatischen Tri- oder Tetracarbonsäuren und Dihydroxyalkyl(meth)acrylaten beschrieben. Diese Beschichtungen werden mittels Strahlung oder Wärme ausgehärtet und weisen gute mechanische und optische Eigenschaften auf. Insbesondere wird die Haftung auf Kunststoffoberflächen verbessert.
Die WO2000/23521 beansprucht ungesättigte Polyesterharze mit reduziertem Monomergehalt, die in Gelcoats, Coatings oder Laminaten eingesetzt werden. Diese Materialien sollen mit herkömmlichen Geräten verarbeitbar sein und mechanische Festigkeit aufweisen.
Aufgabe der Erfindung war es Zusammensetzungen auf Basis von Glycerinmono(meth)acrylat herzustellen, die eine besondere Medienbeständigkeit aufweisen.
Die Aufgabe wurde gelöst durch Zusammensetzungen aus Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat, die radikalisch polymerisiert und anschließend mit
Isocyanaten vernetzt werden.
Für die radikalische Polymersation können auch weitere Comonomere eingesetzt werden.
Die Schreibweise (Meth)acrylat bedeutet hier sowohl Methacrylat, wie z.B.
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat usw., als auch Acrylat, wie z.B. Methylacrylat,
Ethylacrylat usw., sowie Mischungen aus beiden.
Überraschend wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Lackharze mit hervorragender Medienbeständigkeit aufweisen.
Für Lackanwendungen wird insbesondere die Medienbeständigkeit gegenüber Bremsflüssigkeit, Diesel, 2-Propanol und Methylethylketon untersucht. Hierbei wurden mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine hervorragende Beständigkeiten gegen diese Medien festgestellt.
Es wurde gefunden, dass die beste Medienbeständigkeit erzielt wird, wenn Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat im molaren Verhältnis 1 :1 polymerisiert werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat im geeigneten
Lösungsmittel bei einer Temperatur von 100-1500C und unter Zugabe von Initiatoren polymerisiert und anschließend mit Isocyanaten vernetzt werden.
Als Isocyanate werden vorzugsweise di- und polyfunktionelle aliphatische und auch aromatische Vertreter eingesetzt. Ein typischer Vertreter des aliphatischen Isocyanats ist das Trimer von Hexamethylendiisocyanat (Handelsname Desmodur N3300, Bayer AG).
Bevorzugt werden zinnorganische Verbindungen zur Katalyse eingesetzt und ein NCO/OH-Verhältnis bevorzugt von 42/58 eingestellt. Als Berechnungsgrundlage wird die OH-Zahl des Harzes herangezogen.
Vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfahren ist außerdem, dass die Viskositäten der resultierenden Lackharze unter 20.000 mPas bei 23°C liegen, so dass bei der anschließenden Formulierung der Klarlacke dadurch keinerlei Einschränkungen zu erwarten sind.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzung aus Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat, die miteinander polymerisiert und anschließend mit Isocyanaten vernetzt werden, finden Anwendung in Lackformulierungen.
Die im Folgenden gegebenen Beispiele werden zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben, sind jedoch nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die hierin offenbarten Merkmale zu beschränken.
Beispiele Beispiel 1
In einem 1 -Liter-Kolben mit Rückflusskühler werden 100,02 g n-Butylacetat vorgelegt und erwärmt. Die Polymerisation wird unter Stickstoff-Atmosphäre durchgeführt. 30,66 g tert-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, 78,93 g Isobornylmethacrylat, 157,85 g n-Butylacrylat, 91 ,08 g Glycerinmonomethacrylat, 71 ,84 g Hydroxyethylmethacrylat, 11 , 84 g Methacrylasäure und 7,38 g Mercaptoethanol werden vorgemischt.; diese Monomermischung wird über 4 Stunden dem Sumpf zugegeben. Nach vollständiger Zugabe des Monomeren wird noch 30 min gerührt und anschließend auf 800C abgekühlt. 0,42 g tert-Butylperoxy-2-ethylhexanoate gelöst in 10,0 g n-Butylacetat werden zugegeben und 2 Stunden bei 800C gerührt. Weitere 40 g n-Butylacetat werden zugegeben und ohne weitere Erwärmung 30 Minuten gerührt.
Lackherstellung
Es wurden Filme mit einer Dicke von 30 +/-5 μm hergestellt.
Härtungsbedingungen:
25 min bei 145 °C im Umlufttrockenschrank
Viskositäten
Die Viskositäten der erhaltenen Harze liegen unter 20.000 mPas bei 23°C. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1 : Viskositäten
Untersuchung der Medienbeständigkeit
Die vernetzten Polymerfilme werden 15 Minuten mit den verschiedenen Medien behandelt. Dazu wird ein getränktes Baumwolltuch auf die Oberfläche gepresst. Nach der Trocknung (24 Stunden bei 23°C) wird die Pendelhärte gemessen (Pendelhärte nach König, DIN EN ISO 1522).
Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2: Medienbeständigkeit molar r atio molar r atio molar r atio GMMA/HE MA=0/1 GMMA/HEI VIA=1/3 GMMA/HE MA=1/1
Gew.-% Mol-% Gew.-% Mol-% Gew.-% Mol-%
IBMA 20,0 12,5 19,6 12,5 19,2 12,5 nBA 40,0 43,3 39,2 43,3 38,6 43,3
GMMA 0,0 0,0 11,3 10,0 22,1 20,0
HEMA 37,0 39,4 27,0 29,4 17,5 19,4
GMAA 3,0 4,8 2,9 4,8 2,9 4,8 unbehandelt 191 s 195 s 191 s
Brems¬
101 s 168 s 175 s flüssigkeit
Diesel 104 s 189 s 182 s
2-Propanol 55 s 92 s 181 s
MEK 77 s 120 s 161 s
IBMA iso-Bornylmethacrylat, nBA n-Butylacrylat, GMMA Glycerinmonomethacrylat, HEMA Hydroxyethylmethacrylat, GMAA Methacrylsäure, MEK Methylethylketon
Ein hoher Wert der Pendelhärte steht für eine hohe Härte des resultierenden Lackfilmes. Die Proben mit Glycerinmonomethacrylat weisen eine wesentlich verbesserte Medienbeständigkeit gegenüber dem Polymerfilm auf, der kein GMMA enthält. Das molare Verhältnis von GMMA/HEMA=1/1 zeigt die besten Eigenschaften.
Claims
1. Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat radikalisch polymerisiert und anschließend mit Isocyanaten vernetzt werden.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat unter Hinzufügen weiterer Monomerer radikalisch polymerisiert und anschließend mit Isocyanaten vernetzt werden.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Glycerinmono(meth)acrylat und Hydroxyethylmethacrylat bevorzugt im molaren Verhältnis 1 :1 polymerisiert werden.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isocyanate bevorzugt aus der Gruppe der di- und polyfunktionellen aliphatischen und auch aromatische Vertreter eingesetzt werden.
5. Verfahren zur Herstellung von Zusammensetzungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Glycerinmono(meth)acrylat Hydroxyethylmethacrylat und weitere Comonomere im geeigneten Lösungsmittel bei einer Temperatur bevorzugt im Bereich von 100-1500C und unter Zugabe von Initiatoren polymerisiert und anschließend mit Isocyanaten unter Verwendung von Katalysatoren vernetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt zinnorganische Verbindungen zur Katalyse eingesetzt werden und ein NCO/OH- Verhältnis bevorzugt von 42/58 eingestellt wird. Als Berechnungsgrundlage wird die OH-Zahl des Harzes herangezogen.
7. Verwendung von polymeren Zusammensetzungen aus Glycerinmono(meth)acrylat mit Hydroxyethylmethacrylat, die auch weitere Comonomere enthalten können, die mit Isocyanaten ausgehärtet werden in Lackharzen.
8. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet in besonders medienbeständigen Lackharzen.
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