EP2185614A1 - Hydrophilierte, hyperverzweigte polyurethane - Google Patents

Hydrophilierte, hyperverzweigte polyurethane

Info

Publication number
EP2185614A1
EP2185614A1 EP08804522A EP08804522A EP2185614A1 EP 2185614 A1 EP2185614 A1 EP 2185614A1 EP 08804522 A EP08804522 A EP 08804522A EP 08804522 A EP08804522 A EP 08804522A EP 2185614 A1 EP2185614 A1 EP 2185614A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrophilized
hyperbranched
hyperbranched polyurethanes
polyurethanes according
diisocyanate
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Withdrawn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
EP08804522A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pedro Cavaleiro
Sebastian Sonnhalter
Matthias Seiler
Stefan Bernhardt
Markus Schwarz
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.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
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 Evonik Degussa GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Publication of EP2185614A1 publication Critical patent/EP2185614A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K23/00—Use of substances as emulsifying, wetting, dispersing, or foam-producing agents
    • C09K23/16—Amines or polyamines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/2805—Compounds having only one group containing active hydrogen
    • C08G18/2815—Monohydroxy compounds
    • C08G18/283—Compounds containing ether groups, e.g. oxyalkylated monohydroxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/74—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
    • C08G18/75—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic cycloaliphatic
    • C08G18/751—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic cycloaliphatic containing only one cycloaliphatic ring
    • C08G18/752—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic cycloaliphatic containing only one cycloaliphatic ring containing at least one isocyanate or isothiocyanate group linked to the cycloaliphatic ring by means of an aliphatic group
    • C08G18/753—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic cycloaliphatic containing only one cycloaliphatic ring containing at least one isocyanate or isothiocyanate group linked to the cycloaliphatic ring by means of an aliphatic group containing one isocyanate or isothiocyanate group linked to the cycloaliphatic ring by means of an aliphatic group having a primary carbon atom next to the isocyanate or isothiocyanate group
    • C08G18/755—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic cycloaliphatic containing only one cycloaliphatic ring containing at least one isocyanate or isothiocyanate group linked to the cycloaliphatic ring by means of an aliphatic group containing one isocyanate or isothiocyanate group linked to the cycloaliphatic ring by means of an aliphatic group having a primary carbon atom next to the isocyanate or isothiocyanate group and at least one isocyanate or isothiocyanate group linked to a secondary carbon atom of the cycloaliphatic ring, e.g. isophorone diisocyanate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/80—Masked polyisocyanates
    • C08G18/8003—Masked polyisocyanates masked with compounds having at least two groups containing active hydrogen
    • C08G18/8006—Masked polyisocyanates masked with compounds having at least two groups containing active hydrogen with compounds of C08G18/32
    • C08G18/8009—Masked polyisocyanates masked with compounds having at least two groups containing active hydrogen with compounds of C08G18/32 with compounds of C08G18/3203
    • C08G18/8022—Masked polyisocyanates masked with compounds having at least two groups containing active hydrogen with compounds of C08G18/32 with compounds of C08G18/3203 with polyols having at least three hydroxy groups
    • C08G18/8025—Masked aliphatic or cycloaliphatic polyisocyanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G83/00—Macromolecular compounds not provided for in groups C08G2/00 - C08G81/00
    • C08G83/002—Dendritic macromolecules
    • C08G83/005—Hyperbranched macromolecules

Definitions

  • the invention relates to hydrophilicized, hyperbranched polyurethanes, their preparation and their use as dispersants, in particular for the dispersion of solids.
  • Hyperbranched polymers are already known.
  • EP 1 026 185 A1 discloses a process for the preparation of dendritic or highly branched polyurethanes by reacting diisocyanates and / or
  • Polyisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive groups wherein at least one of the reactants having functional groups with respect to the other reactants of different reactivity and the reaction conditions are chosen so that in each reaction step only certain reactive groups react with each other.
  • Preferred isocyanates include u. a. aliphatic isocyanates, such as isophorone diisocyanate.
  • the compounds having at least two isocyanate-reactive groups are propylene glycol, glycerol, mercaptoethanol, ethanolamine, N-methylethanolamine, diethanolamine, ethanolpropanolamine, dipropanolamine, diisopropanolamine, 2-amino-1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl -1, 3-propanediol and tris (hydroxymethyl) aminomethane mentioned by name.
  • polyurethanes obtainable by the process are intended as crosslinkers for polyurethanes or as building blocks for other polyaddition or polycondensation polymers, as
  • DE 100 30 869 A1 describes a process for the preparation of polyfunctional
  • Polyisocyanate polyaddition products comprising
  • an addition product (A) by reacting an a) isocyanate-reactive, at least trifunctional component (a1) or an isocyanate-reactive difunctional component (a2) or with a mixture of the components (a1) and (a2) with b ) Di- or polyisocyanate, wherein the reaction ratio is selected such that on average the addition product (A) contains an isocyanate group and more than one isocyanate-reactive group,
  • a preferred diisocyanate (b) is isophorone diisocyanate.
  • polyisocyanate polyaddition products obtainable by the process are proposed in particular for the production of paints, coatings, adhesives, sealants, cast elastomers and foams.
  • WO 2004/101624 discloses the preparation of dendritic or hyperbranched polyurethanes by
  • Isocyanate group and more than one hydroxyl group or a hydroxyl group and more than one isocyanate group 2) reaction of the addition product from step 1) to give a polyaddition product by intermolecular reaction of the hydroxyl groups with the isocyanate groups, it being possible initially to react with a compound containing at least two hydroxyl groups, mercapto groups, amino groups or isocyanate groups,
  • step 2) optionally reaction of the polyaddition product from step 2) with a compound containing at least two hydroxyl groups, mercapto groups, amino groups or isocyanate groups.
  • polyaminourethanes obtainable by the process are proposed as crosslinkers for polyurethane systems or as building blocks for other polyaddition or polycondensation polymers, as phase mediators, as rheology aids, as thixotropic agents, as nucleating agents or as active substance or catalyst carriers.
  • WO 02/068553 A2 describes a coating composition containing
  • a carbamate resin with a hyperbranched or star-shaped polyol core with a first chain piece based on a polycarboxylic acid or a polycarboxylic anhydride, with a second chain piece based on an epoxide and with carbamate groups on the core and / or the second chain piece and
  • the polyol core can be prepared by reacting a first compound containing more than 2 hydroxy groups, such as. 1, 2,6-hexanetriol, with a second compound containing a carboxyl and at least two hydroxy groups.
  • a first compound containing more than 2 hydroxy groups such as. 1, 2,6-hexanetriol
  • WO 97/02304 relates to highly functionalized polyurethanes which are composed of molecules with the functional groups A (B) n , where A is an NCO group or an NCO group-reactive group, B is an NCO group or one with an NCO group.
  • A is an NCO group or an NCO group-reactive group
  • B is an NCO group or one with an NCO group.
  • Group reactive group, A is reactive with B and n is a natural number and at least equal to 2.
  • the preparation of the monomer A (B) n can be carried out, for example, starting from isophorone diisocyanate.
  • dispersants are generally used in order to achieve effective dispersion of the solids, to reduce the mechanical shear forces required for dispersion and, at the same time, to achieve the highest possible fill levels realize.
  • the dispersants assist in the breaking up of agglomerates, wet and / or occupy the surface of the particles to be dispersed as surface-active materials and stabilize them against undesired reagglomeration.
  • Dispersants in the manufacture of paints, lacquers, inks and other coating materials facilitate the incorporation of solids such as fillers and pigments which, as important formulation ingredients, substantially determine the visual appearance and physicochemical properties of such systems. For optimal utilization of these solids must be distributed evenly in the formulations on the one hand, on the other hand, the once reached distribution must be stabilized.
  • Fatty acids and their salts and alkylphenol ethoxylates, more complex high molecular structures are used as dispersants. Here it is specifically amino- and amido-functional systems that are widely used.
  • dispersing additives also negatively influences the water resistance or lightfastness of brushing materials, and additionally stabilizes the unwanted foam produced during production and processing. Also - due to lack of compatibility of the dispersing resins in many Auflackgütern - often undesirably affects the gloss.
  • dispersants for solids that exhibit further improved properties over the prior art. Described are dispersants that have the highest possible stabilizing effect on a variety of different solids.
  • the amount of high-priced pigments can be reduced without sacrificing color intensity.
  • the viscosity behavior of pastes, paints, coatings, printing inks and other Besch ichtungsstoffen containing dyes, solids, such as fillers and / or pigments significantly influenced by the dispersant used.
  • dispersants especially dispersants are required, which cause and maintain the lowest possible viscosity in the liquid paints and coatings, with a Newtonian viscosity behavior is preferred.
  • the invention relates to hydrophilicized, hyperbranched polyurethanes composed of
  • Z linear or branched hydrocarbon radical having 3 to 20 carbon atoms and wherein heteroatoms and / or functional groups may be present in the carbon chain,
  • T is a hydrogen radical and / or an optionally substituted, linear or branched aryl, arylalkyl, alkyl or alkenyl radical having 1 to 24 carbon atoms,
  • a, b, c are independently 0 to 100, with the proviso that the sum of a + b + c ⁇ 0, preferably 5-35, in particular 10-20, and provided that the sum of a + b + c + d> 0, d ⁇ 0, preferably 1 to 5.
  • n is equal to 4.
  • diisocyanates and polyisocyanates A) used according to the invention may be any desired aromatic, aliphatic, cycloaliphatic and / or (cyclo) aliphatic di- and / or polyisocyanates.
  • aromatic di- or polyisocyanates A in principle all known compounds are suitable. Particularly suitable are 1, 3 and 1, 4-phenylene diisocyanate, 1, 5-naphthylene diisocyanate, tolidine diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,4'-diphenylmethane diisocyanate ( 2,4'-MDI), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, the mixtures of monomeric diphenylmethane diisocyanates (MDI) and oligomeric diphenylmethane diisocyanates (polymer-MDI), xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate and triisocyanatotoluene.
  • MDI monomeric diphenylmethane diisocyanates
  • polymer-MDI oligomeric diphenylmethane
  • Suitable aliphatic di- or polyisocyanates A) advantageously have 3 to 16 carbon atoms, preferably 4 to 12 carbon atoms, in the linear or branched alkylene radical and suitable cycloaliphatic or (cyclo) aliphatic diisocyanates advantageously 4 to 18 carbon atoms, preferably 6 to 15 carbon atoms, in the cycloalkylene radical.
  • (cyclo) aliphatic diisocyanates the skilled worker understands at the same time cyclic and aliphatic bound NCO groups, as z.
  • B. isophorone diisocyanate is the case.
  • TIN 4-isocyanatomethyl-1, 8-octane diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • H 12 MDI diisocyanatodicyclohexylmethane
  • MPDI 2-methylpentane diisocyanate
  • TMDI 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate / 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate
  • NBDI norbornane diisocyanate
  • mixtures of di- and polyisocyanates A) can be used.
  • oligo- or polyisocyanates are preferably used as component A), which consists of said di- or polyisocyanates or mixtures thereof by linking by means of urethane, allophanate, urea, biuret, uretdione, amide, isocyanurate, carbodiimide , Uretonimine, oxadiazinetrione or iminooxadiazinedione structures.
  • Particularly suitable are isocyanurates, especially from IPDI and HDI.
  • triols B) are 1, 1, 1-trimethylolpropane, 1, 2,5-pentanetriol, 1, 2,6-hexanetriol, 1, 2,7-heptanetriol, 1, 2,8-octanetriol, 1, 2, 9-nonanetriol and 1,2,10-decanetriol, wherein 1, 2,6-hexanetriol and 1,1,1-trimethylolpropane is most preferred. It can also be used mixtures.
  • radicals R and R " are hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and n is an integer greater than 0, more preferably in the range of 3 to 10.
  • the polyurethane I) preferably has a number average of at least 4 repeat units of the formula (Ib) per molecule
  • the polyurethane I) is obtainable by reacting a di- or polyisocyanate A) with a triol B) and at least one further diol C).
  • particularly favorable diols C) include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene glycol, 1, 2-propanediol, 1, 2-butanediol, 1, 4-butanediol, 1, 3-butanediol, and / or 1,6-hexanediol.
  • the mixture of triol B) and diol C), based in each case on their total weight, preferably contains 50.0% by weight to ⁇ 100.0% by weight of triol B) and> 0.0% by weight to 50, 0% by weight of diol, more preferably 50.0% by weight to 75.0% by weight of triol and 25.0% by weight to 50.0% by weight of diol.
  • the hyperbranched polyurethane I) is further distinguished by the fact that it has on the number average at least 4, preferably at least 50, more preferably at least 200, most preferably at least 400 repeat units of the formula (I) per molecule.
  • the upper limit of repeating units of the formula (I) is conveniently 10,000, preferably 5,000 and in particular 2,500 repeating units, each based on the number average.
  • the hyperbranched polyurethane I) preferably has a weight average molecular weight Mw in the range of from 1,000 g / mol to 200,000 g / mol, favorably in the range of from 1,500 g / mol to 100,000 g / mol, preferably in the range of 2,000 g / mol to 75 000 g / mol, in particular in the range of 2 500 g / mol to 50 000 g / mol.
  • the degree of branching of the hyperbranched polyurethane I) is expediently in the range of> 10.0% to ⁇ 85.0%, preferably in the range of> 20.0% to 75.0%, in particular in the range of> 25.0% to 65 , 0%.
  • the molecular weight of hyperbranched polyurethane I) can be controlled by the relative proportion of monomers.
  • the use ratio of diisocyanates or polyisocyanates A) to triol B) and, where appropriate, C) is taken into consideration, taking into account any other substances present Comonomers preferably such that the ratio (in mol) of the reactive groups to one another, ie the ratio of the isocyanate groups to the hydroxyl groups as close as possible 1, preferably in the range of 5: 1 to 1: 5, preferably in the range of 4: 1 to 1: 4, more preferably in the range of 2: 1 to 1: 2, even more preferably in the range of 1, 5: 1 to 1: 1, 5 and in particular in the range of 1, 01: 1 to 1: 1, 01 is.
  • the polyethers II) are generally polyalkoxyalkylenes having terminal OH groups. They are obtained by addition of cyclic ethers such. For example, ethylene oxide or propylene oxide to mono- and / or bifunctional starter molecules. If the latter are mixed with trifunctional starters, branched reaction products can also be obtained.
  • starter molecules are generally monohydric and / or polyhydric alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol, 1, 2-propanediol, trimethylolpropane, glycerol or sugar.
  • Preferred polyethers are reaction products of low molecular weight, mono and / or polyfunctional alcohols or water with alkylene oxides. Suitable polyethers preferably have 1 to 5, more preferably 2 to 3, OH groups per molecule. These can be either primary or secondary.
  • Preferred examples of the polyether building blocks of B radicals are alkylene oxides such as: ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide, dodecene oxide, tetradecenoxide, 2,3-dimethyloxirane, cyclopentene oxide, 1,2-epoxy pentane, 2-isopropyloxirane, glycidyl methyl ester, glycidyl isopropyl ester, epichlorohydrin, 3 -Methoxy-2,2-dimethyloxirane, 8-oxabicyclo [5.1.0] octane, 2-pentyloxirane, 2-methyl-3-phenyloxirane, 2,3-epoxypropylbenzene, 2- (4-fluorophenyl) oxirane, tetrahydrofuran, and others thereof Enantiomeric pairs or enantiomeric mixtures.
  • alkylene oxides such as: ethylene oxide, propylene
  • the molar ratio of isocyanate groups of the hyperbranched polymer I) to OH groups of the polyether II) is between 1:50 and 1: 9, preferably between 1:20 and 1: 5 and particularly preferably between 1: 3 and 1: 1.
  • the invention also provides a process for the preparation of the hydrophilicized hyperbranched polyurethanes
  • hydrophilicized, hyperbranched polyurethanes according to the invention as dispersants of solids in liquid media and the hydrophilicized hyperbranched polyurethanes according to the invention dispersions such as pigment pastes, coating materials, printing inks and / or printing varnishes.
  • a solid in the sense of the present invention can in principle be any solid organic or inorganic material.
  • Such solids are pigments, fillers, dyes, optical brighteners, ceramic materials, magnetic materials, nanodisperse solids, metals, biocides, agrochemicals and pharmaceuticals which are used as dispersions.
  • Preferred solids are pigments, as described, for example, in the Color Index, Third Edition, Volume 3; The Society of Dyers and Colorists (1982) "and the following revised editions.
  • pigments examples include inorganic pigments such as carbon blacks, titanium dioxides, zinc oxides, Prussian blue, iron oxides, cadmium sulfides, chromium pigments such as chromates, molybdate and mixed chromates and lead sulfates, zinc, barium, calcium and mixtures thereof. Further examples of inorganic pigments are described in the book “H. Endriss, Current inorganic colored pigments, Vincentz Verlag, Hannover (1997) "called.
  • organic pigments examples include those from the group of azo, diazo, fused azo, naphthol, metal complex, thioindigo, indanthrone, isoindanthrone, anthanthrone, anthraquinone, isodibenzanthrone, triphendioxazine, quinacridone, perylene, Terrylen, Quaterrylen, Diketopyrrolopyrrol and Phtalocyaninpigmente. Further examples of organic pigments are described in the book "W. Herbst, K. Hunger, Industrial Organic Pigments, VCH, Weinheim (1993).
  • fillers such as talc, kaolin, silicas, barites and lime; ceramic materials such as aluminum oxides, silicates, zirconium oxides, titanium oxides, boron nitrides, silicon nitrides, boron carbides, mixed silicon aluminum nitrides and metal titanates; magnetic materials such as transition metal magnetic oxides such as iron oxides, cobalt-doped iron oxides and ferrites; Metals such as iron, nickel, cobalt and their alloys; and biocides, agrochemicals and pharmaceuticals, such as fungicides.
  • ceramic materials such as aluminum oxides, silicates, zirconium oxides, titanium oxides, boron nitrides, silicon nitrides, boron carbides, mixed silicon aluminum nitrides and metal titanates
  • magnetic materials such as transition metal magnetic oxides such as iron oxides, cobalt-doped iron oxides and ferrites
  • Metals such as iron, nickel, cobalt and their alloys
  • Pigment pastes, coating materials, printing inks and / or printing varnishes for the purposes of the present invention may be very different products.
  • They may be, for example, fillers, pigments and / or dyes containing systems.
  • liquid medium may contain organic solvents and / or water, as known in the art depending on the binders used.
  • liquid media and binder components such as polyols can be considered.
  • the coating materials, printing inks and / or printing varnishes do not necessarily have to contain a liquid phase, but may also be what are known as powder coatings.
  • the coating materials, printing inks and / or printing varnishes may comprise the customary state-of-the-art additives, for example wetting agents, leveling agents or defoamers, etc., and curing, crosslinking and / or drying according to different processes according to the state of the art.
  • coating materials in the context of the present invention are paints, lacquers, printing inks and other coating materials, such as solvent-borne lacquers and solvent-free lacquers, powder coatings, UV-curable lacquers, low solids, medium solids, high solids. Solids, automotive coatings, wood coatings, stoving enamels, 2-component paints, metal coating materials, toner compositions. Further examples of sweeteners are mentioned in “Bodo Müller, Ulrich Poth, Paint Formulation and Paint Formulation, Textbook for Training and Practice, Vincentz Verlag, Hannover (2003)” and “PG Garrat, Radiation Hardening, Vincent Verlag, Hannover (1996)”.
  • printing inks and / or printing varnishes in the context of the present invention are solvent-based printing inks, flexographic printing inks, gravure printing inks, letterpress or high-pressure inks, offset printing inks, litho printing inks, printing inks for packaging printing, screen printing inks, printing inks, such as printing inks for inkjet printers, inkjet inks, Printing varnishes, such as overprint varnishes.
  • the hydrophilicized, hyperbranched polyurethanes according to the invention can be used in pigment pastes, coating materials, printing inks and / or printing varnishes in a concentration of from 0.01 to 90.0% by weight, preferably from 0.5 to 35% by weight, and particularly preferably from 1 up to 25 wt .-% are used.
  • they may be used in admixture with wetting and dispersing agents of the prior art.
  • the diisocyanate is reacted with a triol to form the hyperbranched polyisocyanate.
  • a triol for this purpose, in a three-necked flask equipped with stirrer, internal thermometer, dropping funnel and gas inlet tube, the diisocyanate and 0.005% DBTL 100% (calculated on total amount) submitted under nitrogen blanketing. Thereafter, the corresponding triol, dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) at 25 0 C slowly added dropwise. After the addition, the temperature is raised to 60 0 C. The course of the reaction is monitored by decreasing the NCO number.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • TMP Trimethylolpropane
  • IPDI Isophorone diisocyanate
  • DBTL Dibutyltin dilaurate
  • TMP 1, 1, 1-trimethylolpropane
  • NMP Methyl-2-pyrrolidone
  • 2,6-hexanetriol CAS 106-69-4)
  • the NCO content is monitored by regular sampling and titration. At an NCO content ⁇ 0.1%, the reaction is complete. After removal of the solvent, the dispersing resin 1, a highly viscous brownish liquid, was formed.
  • Example 2 Analogously to Example 1, the hydrophilicized, hyperbranched polyurethanes 2 to 11 were prepared using the educts listed in Table 3.
  • hydrophilized, hyperbranched polyurethanes and solids were compared in the following formulations for coatings, printing inks and / or printing varnishes:
  • the ratio of the amount of pigment to the amount of the hydrophilicized, hyperbranched polyurethane according to the invention (dispersing additive) was kept constant in a pigment-dependent manner in all experiments.
  • the ratio of hydrophilized, hyperbranched polyurethanes to pigment in the case of carbon black pigments was 17.8% of hydrophilized, hyperbranched polyurethanes (additive) on pigment and 15% of hydrophilicized, hyperbranched polyurethanes (additive) on pigment in the case of organic colored pigments.
  • the ingredients of the recipe are weighed into 250 ml screw-cap jars in accordance with the above recipes and mixed with glass beads (100 g of glass beads per 100 g of ground material). The sealed jars are then mixed in a Skandex mixer
  • Tinted UV-curable flexographic ink Tinted UV-curable flexographic ink
  • the UV-curable flexographic ink was mixed with the white tinting lacquer.
  • the blends were carried out in the ratio 20: 1 (41, 67g white pigment to 1g org. Colored pigment and 35.71g white pigment to 1g carbon black pigment).
  • the mixture is then homogenized for 1 min in a universal shaker (Hausschild Engineering, DAC 150 Dual Asymmetry Centrifuge).
  • the tinted UV-curable flexographic inks were knife-coated with a spiral doctor blade (24 ⁇ m) on white cardboard (Leneta). The drying was carried out with the aid of a 120 W / cm medium pressure mercury vapor lamp (Beltron GmbH, Beltron UV lamps). The speed of the conveyor belt was 8m / min.
  • the determination of the rheological behavior of the UV-curable flexographic ink thus prepared is carried out with the aid of a rotational viscometer.
  • a plate / cone system has been selected (Euro Physics, Rheo 2000 RC20, 45 microns, angle 1 °; 25 0 C measured temperature).
  • the color measurement of the white blend (24 ⁇ m layer thickness on Leneta cardboard) was carried out with a device from X-Rite (type: X-Rite SP 60).
  • X-Rite type: X-Rite SP 60
  • CIE Lab system is useful as a three-dimensional system for the quantitative description of the color loci.
  • the colors green (negative a-values) and red (positive a * -values) are plotted on one axis and the colors blue (negative b * values) and yellow (positive b * values) on the axis arranged at right angles to them. Values).
  • the two axes intersect at the achromatic point.
  • CIE-Lab system not only color loci but also color gaps can be described by specifying the three coordinates.
  • the hydrophilized, hyperbranched polyurethanes 1 to 11 were tested in UV-curable flexographic ink with the carbon black pigment Spezialschwarz® 250 as described above.
  • the results are shown in Table 6 and show that the hydrophilicized, hyperbranched polyurethanes according to the invention had lower L * values than the blank sample or the comparative examples (the dispersion resin-free flexographic ink).
  • the desire here is for low L * values (brightness value).
  • the values given in the result tables are mean values from three measurements.
  • Comparative Example V 1 Solsperse® 24000 (Lubrizol Corp.) Comparative Example V 2: Solsperse® 32000 (Lubrizol Corp.) Comparative Example V 3: Solsperse® 39000 (Lubrizol Corp.) Comparative Example V 4: Tego Dispers® 681 UV ( Tego Chemie Service GmbH)
  • Example 23 Tego Dispers® 681 UV ( Tego Chemie Service GmbH)
  • Desired are low L * (brightness values), and a low viscosity at low shear loads. It has been found that the hydrophilicized hyperbranched polyurethanes used according to the invention as dispersing resins show lower L * values and a lower viscosity at a given shear gradient compared with the blank sample or the comparative examples.
  • the positive properties of the hydrophilicized, hyperbranched polyurethanes used according to the invention are not limited to black pigments, but also extend to the other solids commonly used in the prior art. It is known to the person skilled in the art that, in particular, yellow pigments and violet pigments are difficult to disperse. Therefore, below is an example of the universal applicability of the hydrophilized, hyperbranched polyurethanes used as dispersing resins the yellow pigment Irgalite® Yellow BAW (Ciba) and Hostaperm® Violet P-RL (Clariant International Ltd.).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane, deren Herstellung und deren Verwendung als Dispergiermittel, insbesondere zur Dispergierung von Feststoffen.

Description

Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane
Gegenstand der Erfindung sind hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane, deren Herstellung und deren Verwendung als Dispergiermittel, insbesondere zur Dispergierung von Feststoffen.
Hyperverzweigte Polymere sind bereits bekannt. C. Gao Hyperbranched polymers: from synthesis to applications Prog. Polym. Sei. 29 (2004) 183 - 275 fasst den gegenwärtigen Stand der Technik auf diesem Gebiet zusammen und beschäftigt sich insbesondere mit den verschiedenen Synthesevarianten und den unterschiedlichen Anwendungsgebieten von hyperverzweigten Polymeren. Dabei wird u. a. die Verwendung von Isophorondiisocyanat zur Herstellung von hyperverzweigten Polyurethanen diskutiert.
EP 1 ,026,185 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von dendritischen oder hochverzweigten Polyurethanen durch Umsetzung von Diisocyanaten und/oder
Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanaten reaktiven Gruppen, wobei mindestens einer der Reaktionspartner funktionelle Gruppen mit gegenüber dem anderen Reaktionspartner unterschiedlicher Reaktivität aufweist und die Reaktionsbedingungen so gewählt werden, dass bei jedem Reaktionsschritt jeweils nur bestimmte reaktive Gruppen miteinander reagieren.
Bevorzugte Isocyanate umfassen u. a. aliphatische Isocyanate, wie Isophorondiisocyanat. Als Beispiele für die Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanaten reaktiven Gruppen werden Propylenglykol, Glycerin, Mercaptoethanol, Ethanolamin, N-Methylethanolamin, Diethanolamin, Ethanolpropanolamin, Dipropanolamin, Diisopropanolamin, 2-Amino-1 ,3- propandiol, 2-Amino-2-methyl-1 ,3-propandiol und Tris(hydroxymethyl)-aminomethan namentlich genannt.
Die durch das Verfahren erhältlichen Polyurethane sollen als Vernetzer für Polyurethane oder als Baustein für andere Polyadditions- oder Polykondensationspolymere, als
Phasenvermittler, Thixotropiermittel, Nukleierungsreagenzien oder als Wirkstoff- oder Katalysatorträger dienen. DE 100 30 869 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von mehrfunktionellen
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, umfassend
(i) Herstellen eines Additionsproduktes (A) durch Umsetzen einer a) mit Isocyanatgruppen reaktiven, mindestens trifunktionellen Komponente (a1 ) oder einer mit Isocyanatgruppen reaktiven difunktionellen Komponente (a2) oder mit einem Gemisch aus den Komponenten (a1 ) und (a2) mit b) Di- oder Polyisocyanat, wobei das Umsetzungsverhältnis so gewählt wird, dass im Mittel das Additionsprodukt (A) eine Isocyanatgruppe und mehr als eine mit Isocyanatgruppen reaktive Gruppe enthält,
(ii) gegebenenfalls intermolekulare Additionsreaktion des Additionsprodukts (A) zu einem Polyadditionsprodukt (P), das im Mittel eine Isocyanatgruppe und mehr als zwei mit Isocyanatgruppen reaktive Gruppen enthält und
(iii) Umsetzen des Additionsproduktes (A) oder des Polyadditionsproduktes (P) mit einer mindestens difunktionellen, mit Isocyanatgruppen reaktiven Komponente (c).
Als Beispiele für die Verbindung (a) werden u. a. Glycerin, Trimethylolmethan und 1 ,2,4- Butantriol genannt. Ein bevorzugtes Diisocyanat (b) ist Isophorondiisocyanat.
Die durch das Verfahren erhältlichen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte werden insbesondere zur Herstellung von Lacken, Überzügen, Klebstoffen, Dichtmassen, Gießelastomeren und Schaumstoffen vorgeschlagen.
WO 2004/101624 offenbart die Herstellung von dendritischen oder hyperverzweigten Polyurethanen durch
1 ) Umsetzung von Di- oder Polyolen, die mindestens ein tertiäres Stickstoffatom und mindestens zwei Hydroxylgruppen mit unterschiedlicher Reaktivität gegenüber Isocyanatgruppen aufweisen, mit Di- oder Polyisocyanaten, wie z. B. Isophorondiisocyanat, zu einem Additionsprodukt, wobei die Di- oder Polyole und Di- oder Polyisocyanate so gewählt werden, dass das Additionsprodukt im Mittel eine
Isocyanatgruppe und mehr als eine Hydroxylgruppe oder eine Hydroxylgruppe und mehr als eine Isocyanatgruppe aufweist, 2) Umsetzung des Additionsproduktes aus Schritt 1 ) zu einem Polyadditionsprodukt durch intermolekulare Umsetzung der Hydroxylgruppen mit den Isocyanatgruppen, wobei zunächst auch mit einer mindestens zwei Hydroxylgruppen, Mercaptogruppen, Aminogruppen oder Isocyanatgruppen enthaltenden Verbindung umgesetzt werden kann,
3) gegebenenfalls Umsetzung des Polyadditionsproduktes aus Schritt 2) mit einer mindestens zwei Hydroxylgruppen, Mercaptogruppen, Aminogruppen oder Isocyanatgruppen enthaltenden Verbindung.
Die durch das Verfahren erhältlichen Polyaminourethane werden als Vernetzer für Polyurethansysteme oder als Baustein für andere Polyadditions- oder Polykondensationspolymere, als Phasenvermittler, als Rheologiehilfsmittel, als Thixotropiermittel, als Nukleierungsreagenz oder als Wirkstoff- oder Katalysatorträger vorgeschlagen.
WO 02/068553 A2 beschreibt eine Beschichtungszusammensetzung, enthaltend
1 ) ein Carbamat-Harz mit einem hyperverzweigten oder sternförmigen Polyol-Kern, mit einem ersten Kettenstück auf Basis einer Polycarbonsäure oder eines Polycarbonsäureanhydrids, mit einem zweiten Kettenstück auf Basis eines Epoxids und mit Carbamat-Gruppen am Kern und/oder dem zweiten Kettenstück und
2) ein zweites Harz, das reaktive Gruppen aufweist, die mit den Carbamatgruppen des Carbamat-Harzes reagieren können.
Der Polyol-Kern kann durch Umsetzung einer ersten Verbindung, die mehr als 2 Hydroxygruppen enthält, wie z. B. 1 ,2,6-Hexantriol, mit einer zweiten Verbindung, die eine Carboxyl- und mindestens zwei Hydroxygruppen enthält, erhalten werden.
Die Einführung der Carbamat-Gruppen kann durch Umsetzung mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Diisocyanaten erreicht werden. Im Rahmen einer längeren Aufzählung werden hierbei u. a. 2,2,4- und 2,4,4-Trimethyl-1 ,6-diisocyanatohexan und Isophorondiisocyanat genannt. WO 97/02304 betrifft hochfunktionalisierte Polyurethane, die aus Molekülen mit den funktionellen Gruppen A(B)n aufgebaut sind, wobei A eine NCO-Gruppe oder eine mit einer NCO-Gruppe reaktive Gruppe, B eine NCO-Gruppe oder eine mit einer NCO-Gruppe reaktive Gruppe, A reaktiv mit B sowie n eine natürliche Zahl und mindestens gleich 2 ist. Die Herstellung des Monomers A(B)n kann beispielsweise ausgehend von Isophorondiisocyanat erfolgen.
Für die Dispergierung von Feststoffen (z. B. Füllstoffen, Farbstoffen oder Pigmenten) in flüssigen Medien bedient man sich in der Regel Dispergiermitteln, um eine effektive Dispergierung der Feststoffe zu erreichen, die zur Dispergierung benötigten mechanischen Scherkräfte zu reduzieren und gleichzeitig möglichst hohe Füllgrade zu realisieren. Die Dispergiermittel unterstützen das Aufbrechen von Agglomeraten, benetzen und/oder belegen als oberflächenaktive Materialien die Oberfläche der zu dispergierenden Partikel und stabilisieren diese gegen eine unerwünschte Reagglomeration.
Dispergiermittel erleichtern bei der Herstellung von Farben, Lacken, Druckfarben und sonstigen Beschichtungsstoffen die Einarbeitung von Feststoffen, wie zum Beispiel Füllstoffen und Pigmenten, die als wichtige Formulierungsbestandteile das optische Erscheinungsbild und die physikalisch-chemischen Eigenschaften derartiger Systeme wesentlich bestimmen. Für eine optimale Ausnutzung müssen diese Feststoffe zum einen gleichmäßig in den Formulierungen verteilt werden, zum anderen muß die einmal erreichte Verteilung stabilisiert werden.
Eine Vielzahl verschiedener Substanzen findet heute Verwendung als Dispergiermittel für Feststoffe. Neben sehr einfachen, niedermolekularen Verbindungen, wie z. B. Lecithin,
Fettsäuren und deren Salze und Alkylphenolethoxylate, werden auch komplexere hochmolekulare Strukturen als Dispergiermittel eingesetzt. Hier sind es speziell amino- und amidofunktionelle Systeme, die breite Verwendung finden.
US-4,224,212, EP-O 208 041 , WO-00/24503 und WO-01/21298 beschreiben zum Beispiel Dispergiermittel auf der Basis von Polyester-modifizierten Polyaminen. DE-197 32 251 beschreibt Polyaminsalze und deren Einsatz als Dispergiermittel für Pigmente und Füllstoffe. Jedoch sind mit dem Einsatz solcher Produkte auch eine Vielzahl von Nachteilen verbunden: Beim Einsatz in Pigmentpasten sind häufig hohe Gehalte an Dispergieradditiven erforderlich; die erreichbaren Pigmentierungshöhen der Pasten sind unbefriedigend niedrig; die Stabilität der Pasten und damit deren Viskositätskonstanz ist unzureichend; Flockulation und Aggregation lassen sich nicht immer vermeiden. Vielfach mangelt es an der Farbtonkonstanz nach Lagerung der Pasten sowie an der Kompatibilität zu diversen Bindemitteln. Durch den Einsatz bekannter Dispergieradditive wird in vielen Fällen auch die Wasserfestigkeit oder Lichtbeständigkeit von Besen ichtungsstoffen negativ beeinflusst, zudem der bei der Herstellung und Verarbeitung entstehende, unerwünschte Schaum zusätzlich stabilisiert. Auch wird - bedingt durch mangelnde Verträglichkeit der Dispergierharze in vielen Auflackgütern - vielfach in unerwünschter Weise der Glanz beeinträchtigt.
Es besteht daher ein wachsender Bedarf an Dispergiermitteln für Feststoffe, die gegenüber dem Stand der Technik weiter verbesserte Eigenschaften zeigen. Gefordert sind Dispergiermittel, die eine möglichst hohe stabilisierende Wirkung auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Feststoffen haben.
Zum Beispiel kann mit effektiveren Dispergiermitteln die Einsatzmenge von hochpreisigen Pigmenten reduziert werden ohne Einbußen bei der Farbstärke in Kauf nehmen zu müssen.
Weiterhin wird das Viskositätsverhalten von Pasten, Farben, Lacken, Druckfarben und sonstigen Besch ichtungsstoffen, die Farbstoffe, Feststoffe, wie Füllstoffe und/oder Pigmente enthalten, wesentlich durch das verwendete Dispergiermittel mitbestimmt. Hier sind vor allem Dispergiermittel gefragt, die eine möglichst geringe Viskosität in den flüssigen Farben und Lacken hervorrufen und auch beibehalten, wobei ein newtonsches Viskositätsverhalten bevorzugt ist.
Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue hyperverzweigte Polyurethane zu finden, die sich besonders als Dispergiermittel für Feststoffe eignen und eine verbesserte Dispergierleistung zeigen und die Viskosität und das rheologische Verhalten von Formulierungen, die Feststoffe enthalten, positiv beeinflussen. Überraschenderweise wurde gefunden, dass die vorgenannte Aufgabe gelöst wird durch neue hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane als Dispergierharze für Feststoffe.
Gegenstand der Erfindung sind hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane aufgebaut aus
I) einem hyperverzweigten Polyurethan aus dem Umsetzungsprodukt von
A) mindestens einem Di- und/oder Polyisocyanat und
B) mindestens einem Polyol mit mindestens 3 OH-Gruppen wobei mindestens vier Struktureinheiten der Formel I in I) vorliegen:
H
Z = linearer oder verzweigter Kohlenwasserstoffrest mit 3 - 20 Kohlenstoffatomen bedeutet und wobei in der Kohlenstoffkette Heteroatome und/oder funktionelle Gruppen enthalten sein können,
und
II) einem oder mehreren Polyethern der allgemeinen Formel (II)
T-O-B-H (II) worin T ein Wasserstoffrest und/oder ein gegebenenfalls substituierter, linearer oder verzweigter Aryl, Arylalkyl, Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen ist,
0 = Sauerstoff,
B entspricht der allgemeinen Formel (III)
-(C|H2|O)a -(CmH2mO)b -(CnH2nO)c-(SO)d- (m)
wobei SO = (CH2-CH(Ph)O),
1 = 2, m = 3, n = 4 bis 20, a,b,c unabhängig voneinander Werte von 0 bis 100 sind, mit der Maßgabe, dass die Summe aus a+b+c ≥ 0, vorzugsweise 5-35, insbesondere 10-20 ist und mit der Maßgabe, dass die Summe aus a+b+c+d > 0 ist, d ≥ 0, vorzugsweise 1 bis 5 ist.
Bevorzugt in Formel (III) ist n gleich 4.
Beispiele für die erfindungsgemäß eingesetzten Di- und Polyisocyanate A) können beliebige aromatische, aliphatische, cycloaliphatische und/oder (cyclo)aliphatische Di- und/oder Polyisocyanate sein.
Als aromatische Di- oder Polyisocyanate A) sind prinzipiell alle bekannten Verbindungen geeignet. Besonders geeignet sind 1 ,3- und 1 ,4-Phenylendiisocyanat, 1 ,5-Naphthylen- diisocyanat, Tolidindiisocyanat, 2,6-Toluylendiisocyanat, 2,4-Toluylendiisocyanat (2,4-TDI), 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat (2,4'-MDI), 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, die Mischungen aus monomeren Diphenylmethandiisocyanaten (MDI) und oligomeren Diphenylmethandiisocyanaten (Polymer-MDI), Xylylendiisocyanat, Tetramethylxylylen- diisocyanat und Triisocyanatotoluol.
Geeignete aliphatische Di- oder Polyisocyanate A) besitzen vorteilhafterweise 3 bis 16 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 4 bis 12 Kohlenstoffatome, im linearen oder verzweigten Alkylenrest und geeignete cycloaliphatische oder (cyclo)aliphatische Diisocyanate vorteilhafterweise 4 bis 18 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 6 bis 15 Kohlenstoffatome, im Cycloalkylenrest. Unter (cyclo)aliphatischen Diisocyanaten versteht der Fachmann hinlänglich gleichzeitig cyclisch und aliphatisch gebundene NCO-Gruppen, wie es z. B. beim Isophorondiisocyanat der Fall ist. Demgegenüber versteht man unter cycloaliphatischen Diisocyanaten solche, die nur direkt am cycloaliphatischen Ring gebundene NCO-Gruppen aufweisen, z. B. H12MDI. Beispiele sind Cyclohexandiisocyanat,
Methylcyclohexandiisocyanat, Ethylcyclohexandiisocyanat, Propylcyclohexandiisocyanat, Methyldiethylcyclo-hexandiisocyanat, Propandiisocyanat, Butandiisocyanat, Pentandiisocyanat, Hexandiisocyanat, Heptandiisocyanat, Octandiisocyanat, Nonandiisocyanat, Nonantriisocyanat, wie 4-lsocyanatomethyl-1 ,8-octandiisocyanat (TIN), Dekandi- und triisocyanat, Undekandi- und -triisocyanat, Dodecandi- und -triisocyanate.
Bevorzugt werden Isophorondiisocyanat (IPDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI), Diisocyanatodicyclohexylmethan (H12MDI), 2-Methylpentandiisocyanat (MPDI), 2,2,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat/2,4,4-Trimethyl-hexamethylen-diisocyanat (TMDI), Norbornandiisocyanat (NBDI). Ganz besonders bevorzugt werden IPDI, HDI, TMDI und H12MDI eingesetzt, wobei auch die Isocyanurate einsetzbar sind.
Ebenfalls geeignet sind 4-Methyl-cyclohexan-1 ,3-diisocyanat, 2-Butyl-2-ethylpentamethylen- diisocyanat, 3(4)-lsocyanatomethyl-1 -methylcyclohexyl-isocyanat,
2-lsocyanatopropylcyclohexylisocyanat, 2,4'-Methylen-bis(cyclohexyl)diisocyanat, 1 ,4-Diisocyanato-4-methyl-pentan.
Selbstverständlich können auch Gemische der Di- und Polyisocyanate A) eingesetzt werden.
Weiterhin werden vorzugsweise Oligo- oder Polyisocyanate als Komponente A) verwendet, die sich aus den genannte Di- oder Polyisocyanaten oder deren Mischungen durch Verknüpfung mittels Urethan-, Allophanat-, Harnstoff-, Biuret-, Uretdion-, Amid-, Isocyanurat-, Carbodiimid-, Uretonimin-, Oxadiazintrion- oder Iminooxadiazindion-Strukturen herstellen lassen. Besonders geeignet sind Isocyanurate, insbesondere aus IPDI und HDI.
Beispiele für Triole B) sind 1 ,1 ,1-Trimethylolpropan, 1 ,2,5-Pentantriol, 1 ,2,6-Hexantriol, 1 ,2,7- Heptantriol, 1 ,2,8-Oktantriol, 1 ,2,9-Nonantriol und 1 ,2,10-Decantriol, wobei 1 ,2,6-Hexantriol und 1 ,1 ,1-Trimethylolpropan ganz besonders bevorzugt wird. Es können auch Mischungen eingesetzt werden.
Bevorzugt wird ein Triol B) der allgemeinen Formel (IV) eingesetzt
wobei die Reste R und R", jeweils unabhängig voneinander, Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind und n für eine ganze Zahl größer 0, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10, steht.
Verbindungen der allgemeinen Formel (IV) in denen R und R" Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso- Propyl, n-Butyl, 2-Butyl, tert. Butyl sind bevorzugt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind R und R" Wasserstoff.
Bevorzugt weißt das Polyurethan I) im Zahlenmittel mindestens 4 Wiederholungseinheiten der Formel (Ib) pro Molekül auf
Wobei bevorzugt n gleich 3 ist und R und R" gleich Wasserstoff bedeuten. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Polyurethan I) erhältlich durch Umsetzung eines Di- oder Polyisocyanats A) mit einem Triol B) und mindestens einem weiteren Diol C). In diesem Zusammenhang besonders günstige Diole C) umfassen Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Polypropylenglykol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,2- Butandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,3-Butandiol, und/oder 1 ,6-Hexandiol.
Die Mischung aus Triol B) und Diol C) enthält, jeweils bezogen auf ihr Gesamtgewicht, vorzugsweise 50,0 Gew.-% bis < 100,0 Gew.-% Triol B) und > 0,0 Gew.-% bis 50,0 Gew.-% Diol, besonders bevorzugt 50,0 Gew.-% bis 75,0 Gew.-% Triol und 25,0 Gew.-% bis 50,0 Gew.-% Diol.
Das hyperverzweigte Polyurethan I) zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass es im Zahlenmittel mindestens 4, vorzugsweise mindestens 50, besonders bevorzugt mindestens 200, ganz besonders bevorzugt mindestens 400, Wiederholungseinheiten der Formel (I) pro Molekül aufweist.
Die Obergrenze an Wiederholungseinheiten der Formel (I) liegt günstigerweise bei 10 000, bevorzugt bei 5 000 und insbesondere bei 2 500 Wiederholungseinheiten, jeweils auf das Zahlenmittel bezogen.
Das hyperverzweigte Polyurethan I) hat vorzugsweise ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw im Bereich von 1 000 g/mol bis 200 000 g/mol, günstigerweise im Bereich von 1 500 g/mol bis 100 000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 2 000 g/mol bis 75 000 g/mol, insbesondere im Bereich von 2 500 g/mol bis 50 000 g/mol.
Der Verzweigungsgrad des hyperverzweigten Polyurethans I) liegt zweckmäßigerweise im Bereich von > 10,0 % bis < 85,0 %, bevorzugt im Bereich von > 20,0 % bis 75,0 %, insbesondere im Bereich von > 25,0 % bis 65,0 %.
Bei der Herstellung kann das Molekulargewicht des hyperverzweigten Polyurethans I) durch den relativen Anteil der Monomere gesteuert werden. Um möglichst hohe Molekulargewichte zu erhalten wählt man das Einsatzverhältnis von Di- oder Polyisocyanaten A) zu Triol B) und gegebenenfalls C) unter Berücksichtigung gegebenenfalls vorhandener weiterer Comonomere vorzugsweise derart, dass das Verhältnis (in mol) der reaktiven Gruppen zueinander, d. h. das Verhältnis der Isocyanat-Gruppen zu den Hydroxylgruppen möglichst nahe 1 , vorzugsweise im Bereich von 5 : 1 bis 1 : 5, bevorzugt im Bereich von 4 : 1 bis 1 : 4, besonders bevorzugt im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 2, noch mehr bevorzugt im Bereich von 1 ,5 : 1 bis 1 : 1 ,5 und insbesondere im Bereich von 1 ,01 : 1 bis 1 : 1 ,01 ist.
Prinzipiell sind alle unter die allgemeine Formel (II) fallenden Polyether als Komponente II) geeignet.
Bei den Polyether II) handelt es sich allgemein um Polyalkoxyalkylene mit endständigen OH- Gruppen. Man erhält sie durch Addition von cyclischen Ethern wie z. B. Ethylenoxid oder Propylenoxid an mono- und/oder bifunktionelle Startermoleküle. Werden letztere mit trifunktionellen Startern abgemischt, lassen sich auch verzweigte Reaktionsprodukte erzielen. Als Startermoleküle dienen in der Regel einwertige und/oder mehrwertige Alkohole wie Methanol, Ethanol, Ethylenglycol, 1 ,2-Propandiol, Trimethylolpropan, Glycerin oder Zucker.
Als Polyether bevorzugt sind Umsetzungsprodukte niedermolekularer, mono und/oder polyfunktioneller Alkohole oder Wasser mit Alkylenoxiden zu verstehen. Geeignete Polyether weisen bevorzugt 1 - 5, besonders bevorzugt 2 - 3 OH-Gruppen je Molekül auf. Diese können sowohl primär oder auch sekundär sein.
Bevorzugte Beispiele für die Polyetherbausteine von B Reste sind von Alkylenoxiden wie: Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid, Dodecenoxid, Tetradecenoxid, 2,3- Dimethyloxiran, Cyclopentenoxid, 1 ,2-Epoxypentan, 2-lsopropyloxiran, Glycidylmethylester, Glycidylisopropylester, Epichlorhydrin, 3-Methoxy-2,2-dimethyloxiran, 8- oxabicyclo[5.1.0]octan, 2-Pentyloxiran, 2-Methyl-3-phenyloxiran, 2,3-Epoxypropylbenzol, 2- (4-Fluorophenyl)oxiran, Tetrahydrofuran sowie derer reine Enantiomerenpaare oder Enantiomerengemische.
Das molmäßige Verhältnis von Isocyantgruppen des hyperverzweigten Polymers I) zu OH- Gruppen des Polyether II) liegt zwischen 1 : 50 und 1 : 9, vorzugsweise von zwischen 1 : 20 und 1 : 5 und besonders bevorzugt zwischen 1 : 3 und 1 : 1. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der hydrophilierten hyperverzweigten Polyurethane durch
1. Umsetzung der Komponenten A) und B) zu einem hyperverzweigten Polyurethan I), 2. und anschließend folgender Umsetzung des so erhaltenen hyperverzweigten Polyurethan I) mit dem Polyether II).
Weiterer Gegenstande der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane als Dispergiermittel von Feststoffen in flüssigen Medien sowie die erfindungsgemäßen hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane enthaltende Dispersionen wie beispielsweise Pigmentpasten, Beschichtungsstoffe, Druckfarben und/oder Drucklacke.
Ein Feststoff im Sinne der vorliegenden Erfindung kann prinzipiell jedes feste organische oder anorganische Material sein.
Beispiele solcher Feststoffe sind Pigmente, Füllstoffe, Farbstoffe, optische Aufheller, keramische Materialien, magnetische Materialien, nanodisperse Feststoffe, Metalle, Biozide, Agrochemikalien und Pharmaka, welche als Dispersionen angewendet werden.
Bevorzugte Feststoffe sind Pigmente, wie sie zum Beispiel im „Colour Index, Third Edition, Volume 3; The Society of Dyers and Colorists (1982)" und den nachfolgenden, überarbeiteten Auflagen genannt werden.
Beispiele für Pigmente sind anorganische Pigmente, wie Ruße, Titandioxide, Zinkoxide, Preußischblau, Eisenoxide, Cadmiumsulfide, Chrompigmente, wie zum Beispiel Chromate, Molybdate und gemischte Chromate und Sulfate des Bleis, Zink, Barium, Calcium und deren Mischungen. Weitere Beispiele für anorganische Pigmente werden in dem Buch „H. Endriss, Aktuelle anorganische Bunt-Pigmente, Vincentz Verlag, Hannover (1997)" genannt.
Beispiele für organische Pigmente sind solche aus der Gruppe der Azo-, Diazo-, kondensierten Azo-, Naphtol-, Metallkomplex-, Thioindigo-, Indanthron-, Isoindanthron-, Anthanthron-, Anthrachinon-, Isodibenzanthron-, Triphendioxazin-, Chinacridon-, Perylen-, Terrylen, Quaterrylen, Diketopyrrolopyrrol und Phtalocyaninpigmente. Weitere Beispiele für organische Pigmente werden in dem Buch „W. Herbst, K. Hunger, Industrial Organic Pigments, VCH, Weinheim (1993)" genannt.
Weitere bevorzugte Feststoffe sind Füllstoffe, wie zum Beispiel Talk, Kaolin, Kieselsäuren, Baryte und Kalk; keramische Materialien, wie zum Beispiel Aluminiumoxide, Silikate, Zirkonoxide, Titanoxide, Bornitride, Siliziumnitride, Borcarbide, gemischte Silizium- Aluminiumnitride und Metall-Titanate; magnetische Materialien, wie zum Beispiel magnetische Oxide von Übergangsmetallen, wie Eisenoxide, Kobalt dotierte Eisenoxide und Ferrite; Metalle, wie zum Beispiel Eisen, Nickel, Kobalt und deren Legierungen; und Biozide, Agrochemikalien und Pharmaka, wie zum Beispiel Fungizide.
Pigmentpasten, Beschichtungsstoffe, Druckfarben und/oder Drucklacke im Sinne der vorliegenden Erfindung können verschiedenste Produkte sein.
Es können zum Beispiel Füllstoffe, Pigmente und/oder Farbstoffe enthaltende Systeme sein.
Als flüssiges Medium können sie organische Lösemittel und/oder Wasser enthalten, wie dies in Abhängigkeit von den verwendeten Bindemitteln als Stand der Technik bekannt ist.
Weiterhin können als flüssige Medien auch Bindemittelkomponenten wie zum Beispiel Polyole angesehen werden.
Die Beschichtungsstoffe, Druckfarben und/oder Drucklacke müssen jedoch nicht notwendigerweise eine flüssige Phase enthalten, sondern können auch sogenannte Pulverlacke sein.
Ebenso können die Beschichtungsstoffe, Druckfarben und/oder Drucklacke die üblichen dem Stand der Technik entsprechenden Zusatzstoffe enthalten, wie zum Beispiel Netzmittel, Verlaufshilfsmittel oder Entschäumer etc. und nach unterschiedlichen, dem Stand der Technik gemäßen Verfahren aushärten, vernetzen und/oder trocknen.
Beispiele für Beschichtungsstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Farben, Lacke, Druckfarben und sonstige Beschichtungsstoffe, wie lösemittelhaltige Lacke und lösemittelfreie Lacke, Pulverlacke, UV-härtbare Lacke, Low-Solids, Medium-Solids, High- Solids, Automobillacke, Holzlacke, Einbrennlacke, 2K-Lacke, Metallbeschichtungsstoffe, Tonerzusammensetzungen. Weitere Beispiele für Besen ichtungsstoffe werden in „Bodo Müller, Ulrich Poth, Lackformulierung und Lackrezeptur, Lehrbuch für Ausbildung und Praxis, Vincentz Verlag, Hannover (2003)" und „P.G. Garrat, Strahlenhärtung, Vincent Verlag, Hannover (1996)" genannt.
Beispiele für Druckfarben und/oder Drucklacke im Sinne der vorliegenden Erfindung sind lösemittelbasierende Druckfarben, Flexodruckfarben, Tiefdruckfarben, Buchdruck- bzw. Hochdruckfarben, Offsetdruckfarben, Litho-Druckfarben, Druckfarben für den Verpackungsdruck, Siebdruckfarben, Drucktinten, wie Drucktinten für Tintenstrahldrucker, Ink Jet Tinte, Drucklacke, wie Überdrucklacke.
Beispiele für Druckfarben- und/oder Drucklackformulierungen werden in „E.W. Flick, Printing Ink and Overprint Varnish Formulations - Recent Developments, Noyes Publications, Park Ridge NJ, (1990)" und nachfolgende Auflagen genannt.
Die erfindungsgemäßen hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane können in Pigmentpasten, Beschichtungsstoffen, Druckfarben und/oder Drucklacken in einer Konzentration von 0,01 bis 90,0 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 35 Gew.-%, und besonders bevorzugt von 1 bis 25 Gew.-% mitverwendet werden. Gegebenenfalls können sie in Mischung mit Netz- und Dispergiermitteln des Standes der Technik eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele:
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
EDUKTE
Umsatz von einem Di- oder Polyisocvanats und einem Triol zu einem hyperverzweigten Polyisocvanat (Hyperverzweigt.es Polymer NCO)
Das Diisocyanat wird mit einem Triol zum hyperverzweigten Polyisocyanat umgesetzt. Dazu wird in einem Dreihalskolben, versehen mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Gaseinleitrohr, das Diisocyanat und 0,005 % DBTL 100%-ig (berechnet auf Gesamtmenge) unter Stickstoffabdeckung vorgelegt. Danach wird das entsprechende Triol, gelöst in N- Methylpyrolidon (NMP) bei 25 0C langsam zugetropft. Nach der Zugabe wird die Temperatur auf 60 0C erhöht. Der Reaktionsverlauf wird mittels Abnahme der NCO-Zahl verfolgt.
Hyperverzweigtes Polymer NCO 1 :
Umsetzung (NCO:OH): 2,375 Mol IPDI : 1 Mol 1 ,2,6-Hexantriol
Die Reaktion ist bei einem NCO-Gehalt von 5,02 % abgeschlossen.
Hyperverzweigtes Polymer NCO 2:
Umsetzung (NCO:OH) 2,3 Mol IPDI : 1 Mol 1 ,2,6-Hexantriol
Die Reaktion ist bei einem NCO-Gehalt von 4,07 % abgeschlossen.
Hyperverzweigtes Polymer NCO 3:
Umsetzung (NCO:OH) 2,275 Mol IPDI : 1 Mol 1 ,2,6-Hexantriol
Die Reaktion ist bei einem NCO-Gehalt von 4,85 % abgeschlossen.
Hyperverzweigtes Polymer NCO 4:
Umsetzung (NCO:OH) 2,275 Mol IPDI : 0,5 Mol 1 ,2,6-Hexantriol und 0,5 Mol
Trimethylolpropan (TMP)
Die Reaktion ist bei einem NCO-Gehalt von 4,85 % abgeschlossen.
Einsatzstoffe:
Isophorondiisocyanat (IPDI) (CAS 4098-71-9, IPDI) Dibutylzinndilaurat (DBTL) (CAS 77-58-7, DBTL) 1 ,1 ,1 -Trimethylolpropan (TMP) (CAS 77-99-6, TMP) 1-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) (CAS 872-50-4 NMP) 1 ,2,6-Hexantriol (CAS 106-69-4)
Polyether
Die Herstellung der folgenden Polyether erfolgte entsprechend den Angaben der DE 100 29 648. Die entstandenen modifizierten Polyether haben eine allgemeine Strukturformel (IIa)
[R-O-(SO)e(EO)f(PO)g(BO)h]-OH (lla)
worin bedeuten
R = siehe Tabelle 1
SO = -CH2-CH(Ph)-O- mit Ph = Phenylrest EO = Ethylenoxid PO = Propylenoxid BO = Butylenoxid
Tabelle 1 :
Dabei stellt die oben genannte Reihenfolge der monomeren Alkylenoxide keine Einschränkung hinsichtlich der resultierenden Polyetherstrukturen dar, sondern eine beispielhafte Aufzählung, wobei an dieser Stelle ausdrücklich darauf verwiesen sei, dass Polyether unter Verwendung der vorgenannten Monomeren sowohl statistisch als auch blockweise aufgebaut sein können.
Erfindungsgemäße hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane
Beispiel 1 (erfindungsgemäße hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane)
Polyether I, das Hyperverzweigtes Polymer NCO 1 (gelöst in Butylacetat) - und Katalysator Diisobutylzinndilaurat (DBTL) werden unter N2 in einem Dreihalskolben, ausgestattet mit Innenthermometer, Rührer und Rückflusskühler zusammengegeben. Die Reaktionslösung wird auf 50 0C erwärmt. Die Reaktion wird an Hand des abnehmenden NCO-Gehaltes verfolgt. Ansatz zu Beispiel 1 :
Molverhältnis von 1 mol NCO : 1 ,1 mol OH
Polyether l 100,00 g
Hyperverzweigtes Polyisocyanat 1 38,37 g
Butylacetat 326,08 g (70% auf gesamt)
DBTL 10%-ig 1 ,38 g (1% auf fest) in Summe 465,83 g
Der NCO-Gehalt wird durch regelmäßige Probennahme und Titration verfolgt. Bei einem NCO-Gehalt < 0,1 % ist die Umsetzung abgeschlossen. Nach Entfernen des Lösemittels entstand das Dispergierharze 1 , eine hochviskose bräunliche Flüssigkeit.
Beispiel 2 bis 11 (erfindungsgemäße hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane 2 bis 11):
Analog zu Beispiel 1 wurde unter Verwendung der in Tabelle 3 aufgeführten Edukte die hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane 2 bis 11 hergestellt.
Tabelle 3:
Anwendungstechnische Beispiele
Prüfpigmente
Aus der Vielzahl der möglichen Feststoffe wurden folgende handelsübliche Pigmente ausgewählt: Raven® 450 (Columbia Chemicals Co.) und Spezialschwarz® 250 (Degussa
AG) als Rußpigmente, Hostaperm® Violett P-RL (Clariant International Ltd.)und Irgalit® Gelb BAW (Ciba)als typische Buntpigmente. Prüflacke
Die hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane und Feststoffe wurden in folgenden Rezepturen für Beschichtungen, Druckfarben und/oder Drucklacken verglichen:
Tabelle 4:
Rezeptur für UV-härtende Flexodruckfarbe
Das Verhältnis von Pigmentmenge zur Menge des erfindungsgemäßen hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethans (Dispergieradditivs) wurde in allen Versuchen pigmentabhängig konstant gehalten. Das Verhältnis hydrophilierter, hyperverzweigter Polyurethane zu Pigment war bei Ruß-Pigmenten 17,8 % hydrophilierter, hyperverzweigter Polyurethane (Additiv) auf Pigment und bei organischen Buntpigmenten 15 % hydrophilierter, hyperverzweigter Polyurethane (Additiv) auf Pigment. Tabelle 5:
Rezeptur für weißen, UV-härtbaren Abtönlack
Herstellung:
Die Rezepturbestandteile werden gemäß den vorstehenden Rezepturen in 250 ml Schraubdeckelgläser eingewogen und mit Glasperlen (100 g Glasperlen auf 100 g Mahlgut) versetzt. Die verschlossenen Gläser werden anschließend in einem Skandex Mischer
(Skandex; Typ: BA-S20) für 2 h bei 620 U/min gerüttelt, wobei Temperaturen bis zu 50 0C erreicht werden können. Anschließend werden die Glasperlen mit Hilfe eines Siebes von der dispergierten Druckfarbe getrennt.
Abgetönte UV-härtbare Flexodruckfarbe:
Zur besseren Beurteilung der Farbstärken wurde die UV-härtbare Flexodruckfarbe mit dem weißen Abtönlack abgemischt. Die Abmischungen wurden im Verhältnis 20 : 1 durchgeführt (41 ,67g Weißpigment zu 1 g org. Buntpigment; und 35,71 g Weißpigment zu 1g Ruß- Pigment). Anschließend wird die Mischung in einem Universalrüttler (Hausschild Engineering, DAC 150 Dual Asymmetrie Centrifuge) 1 min homogenisiert. Applikation:
Die abgetönten UV-härtbaren Flexodruckfarben wurden mit einem Spiralrakel (24 μm) auf weißem Karton (Leneta) aufgerakelt. Die Trocknung erfolgte mit Hilfe einer 120 W/cm Quecksilber-Mitteldruck-Dampflampe (Beltron GmbH, Beltron UV-Strahler). Dabei betrug die Geschwindigkeit des Transportbandes 8m/min.
Prüfmethoden:
Um die Leistungsfähigkeit der hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane als Dispergiermittel zu bewerten, wurden die erreichten Farbstärken, Viskosität und das rheologische Verhalten zusammengetragen.
Viskositätsmessung:
Die Bestimmung des rheologieschen Verhaltens der so hergestellten UV-härtbaren Flexodruckfarbe erfolgt mit Hilfe eines Rotationsviskosimeters. Als Messsystem wurde ein Platte/Kegel-System gewählt (Euro Physics, Rheo 2000 RC20, 45 μm, Winkel 1 °; 25 0C Messtemperatur).
Dabei wurde folgendes Geschwindigkeitsgefälle gewählt:
10 bis 90 s"1 in 30 s 100 bis 1.000 s"1 in 40 s 1000 bis 1.000 s"1 in 30s 1000 bis 100 s"1 in 40 s 100 bis 10 s"1 in 30 s 90 bis 10 s"1 in 30 s
Zum Vergleich der Proben untereinander wurden die Viskositätswerte herangezogen, die bei dem niedrigen Geschwindigkeitsgefälle von 10 s"1 der Hinkurve gemessen wurden, da hier die größten Unterschiede zu beobachten sind. Farbmessung:
Die Farbmessung der Weißabmischung (24μm-Schichtdicke auf Leneta-Karton)erfolgte mit einem Gerät der Firma X-Rite (Typ: X-Rite SP 60). Von allen Proben wurden die sogenannten L*a*b*-Werte gemäß des CIE-Lab-Systems (CIE = Commission Internationale de l'Eclairage) bestimmt. Das CIE-Lab-System ist als ein dreidimensionales System zur quantitativen Beschreibung der Farborte nützlich. Darin sind auf einer Achse die Farben Grün (negative a-Werte) und Rot (positive a*-Werte) aufgetragen, auf der dazu im rechten Winkel angeordneten Achse die Farben Blau (negative b*-Werte) und Gelb (positive b*-Werte). Der Wert C* setzt sich aus a* und b* wie folgt zusammen: C* = (a*2+b*2)0,5 und wird zur Beschreibung von violetten Farborten verwandt. Die beiden Achsen kreuzen sich im Unbuntpunkt. Die vertikale Achse (Unbuntachse) ist maßgebend für die Helligkeit von Weiß (L = 100) bis Schwarz (L = 0). Mit dem CIE-Lab-System können nicht nur Farborte, sondern auch Farbabstände durch die Angabe der drei Koordinaten beschrieben werden.
Beispiel 12-22:
Die hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane 1 bis 11 wurden in UV-härtbarer Flexodruckfarbe mit dem Rußpigment Spezialschwarz® 250 wie oben beschrieben getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 wiedergegeben und zeigen, dass die erfindungsgemäßen hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane geringere L*-Werte aufwiesen als die Nullprobe oder den Vergleichsbeispiele(die dispergierharzfreien Flexodruckfarbe). Gewünscht sind hier geringe L*-Werte (Helligkeitswert). Die angegebenen Werte in den Ergebnistabellen sind jeweils Mittelwerte aus drei Messungen.
Tabelle 6:
Vergleich in UV-härtbarer Flexodruckfarbe mit Pigment Spezialschwarz® 250
Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Als Dispergiermittel gemäß dem Stand der Technik wurden folgende Dispergiermittel V 1 bis
V 4 mitverwendet:
Handelsübliche aminofunktionelle Polyester: Vergleichsbeispiel V 1 : Solsperse® 24000 (Lubrizol Corp.) Vergleichsbeispiel V 2 : Solsperse® 32000 (Lubrizol Corp.) Vergleichsbeispiel V 3 : Solsperse® 39000 (Lubrizol Corp.) Vergleichsbeispiel V 4 : Tego Dispers® 681 UV (Tego Chemie Service GmbH) Beispiel 23:
Tabelle 7:
Vergleich in UV-härtbarer Flexodruckfarbe mit Pigment Raven® 450
Tabelle 8:
Vergleich in UV-härtbarer Flexodruckfarbe mit Pigment Spezialschwarz® 250
Gewünscht sind hier geringe L* (Helligkeitswerte), und eine geringe Viskosität bei kleinen Scherbelastungen. Es zeigt sich, dass die erfindungsgemäß mitverwendeten hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane als Dispergierharze gegenüber der Nullprobe oder den Vergleichsbeispiele geringere L*-Werte und eine geringere Viskosität bei gegebenem Schergefälle zeigen.
Die positiven Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendeten hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane beschränken sich nicht nur auf Schwarzpigmente, sondern erstrecken sich auch auf die anderen üblicherweise dem Stand der Technik mitverwendeten Feststoffe. Es ist dem Fachmann bekannt, dass insbesondere Gelbpigmente und Violettpigmente schwierig zu dispergieren sind. Daher wird im Folgenden als Beispiel für die universelle Anwendbarkeit der hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane als Dispergierharze das Gelbpigment Irgalite® Yellow BAW (Ciba) und Hostaperm® Violett P- RL (Clariant International Ltd.) verwendet.
Tabelle 9:
Vergleich in UV-härtbarer Flexodruckfarbe mit Pigment Hostaperm® Violett P-RL
Gewünscht sind hier hohe C*-Werte (Violett-Werte) und geringere Viskosität bei kleinen Scherbelastungen. Es zeigt sich, dass das erfindungsgemäß mitverwendete hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethan gegenüber der Nullprobe oder den Vergleichsbeispiele eine geringe Viskosität und einen höheren C*-Wert zeigt. Tabelle 10:
Vergleich in UV-härtbarer Flexodruckfarbe Irgalite® Yellow BAW
Gewünscht sind hier hohe b*-Werte (gelb-Werte) und geringe Viskosität bei kleinen Scherbelastungen. Es zeigt sich, dass das erfindungsgemäß verwendete hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethan als Dispergierharz gegenüber der Nullprobe oder den Vergleichsbeispiele eine geringere Viskosität und einen höheren b*-Wert zeigt.

Claims

Patentansprüche:
1. Hydrophilierte hyperverzweigte Polyurethane aufgebaut aus I) einem hyperverzweigten Polyurethan aus dem Umsetzungsprodukt von
A) mindestens einem Di- und/oder Polyisocyanat und
B) mindestens einem Polyol mit mindestens 3 OH-Gruppen wobei mindestens vier Struktureinheiten der Formel I in I) vorliegen:
H
Z = linearer oder verzweigter Kohlenwasserstoffrest mit 3 - 20 Kohlenstoffatomen bedeutet und wobei in der Kohlenstoff kette von Z Heteroatome und/oder funktionelle Gruppen enthalten sein können
und
II) einem oder mehreren Polyethern der allgemeinen Formel (II)
T-O-B-H (II)
worin T ein Wasserstoffrest und/oder ein gegebenenfalls substituierter, linearer oder verzweigter Aryl, Arylalkyl, Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen ist,
O = Sauerstoff,
B entspricht der allgemeinen Formel (III)
-(C|H2|O)a -(CmH2mO)b -(CnH2nO)c-(SO)d- (m)
SO = (CH2-CH(Ph)O)
I = 2, m = 3, n = 4 bis 20, a,b,c unabhängig voneinander Werte von 0 bis 100 sind, mit der Maßgabe, dass die Summe aus a+b+c ≥ 0, vorzugsweise 5 bis 35, insbesondere 10 bis 20 ist und mit der Maßgabe, dass die Summe aus a+b+c+d > 0 ist, d ≥ 0, vorzugsweise 1 bis 5 ist.
2. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aromatische, aliphatische, cycloaliphatische und/oder (cyclo)aliphatische Di- und/oder Polyisocyanate als Komponente A) eingesetzt werden.
3. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponhente A) Isophorondiisocyanat (IPDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI), Diisocyanatodicyclohexylmethan (H12MDI), 2-Methylpentandiisocyanat (MPDI), 2,2,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat/2,4,4-Trimethyl-hexamethylen-diisocyanat (TMDI), Norbornandiisocyanat (NBDI) eingesetzt werden.
4. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Urethan-, Allophanat-, Harnstoff-, Biuret-, Uretdion-, Amid-, Isocyanurat-, Carbodiimid-, Uretonimin-, Oxadiazintrion- oder Iminooxadiazindion-Strukturen eingesetzt werden.
5. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A) Isocyanurate, insbesondere aus IPDI und HDI aufweist.
6. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente B) 1 ,1 ,1-Trimethylolpropan, 1 ,2,5-Pentantriol, 1 ,2,6-Hexantriol,
1 ,2,7-Heptantriol, 1 ,2,8-Oktantriol, 1 ,2,9-Nonantriol und 1 ,2,10-Decantriol eingesetzt werden.
7. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Triol B) der allgemeinen Formel IV eingesetzt wird
wobei die Reste R und R", jeweils unabhängig voneinander, Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind und n für eine ganze Zahl größer 0, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10, steht.
8. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Polyurethan I) im Zahlenmittel mindestens 4 Wiederholungseinheiten der Formel (Ib) pro Molekül aufweist
9. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach Anspruch 8, wobei n gleich 3 ist und R und R" gleich Wasserstoff bedeuten.
10. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von I) mindestens ein weiteres Diol C) eingesetzt wird.
1 1. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Diol C) Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol,
Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Polypropylenglykol, 1 ,2- Propandiol, 1 ,2- Butandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,3-Butandiol, und/oder 1 ,6-Hexandiol eingesetzt wird.
12. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente I) erhältlich ist aus einer Monomermischung mit einem molaren
Verhältnis von Hydroxylgruppen zu Isocyanatgruppen im Bereich von 5 : 1 bis 1 : 5.
13. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente I) ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 1000 bis 200000 g/mol besitzt.
14. Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyetherbausteine von B Reste sind von Alkylenoxiden wie: Ethylenoxid,
Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid, Dodecenoxid, Tetradecenoxid, 2,3- Dimethyloxiran, Cyclopentenoxid, 1 ,2-Epoxypentan, 2-lsopropyloxiran, Glycidylmethylester, Glycidylisopropylester, Epichlorhydrin, 3-Methoxy-2,2- dimethyloxiran, 8-oxabicyclo[5.1.0]octan, 2-Pentyloxiran, 2-Methyl-3-phenyloxiran, 2,3- Epoxypropylbenzol, 2-(4-Fluorophenyl)oxiran, Tetrahydrofuran sowie derer reine
Enantiomerenpaare oder Enantiomerengemische.
15. Verfahren zur Herstellung der hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane durch
1. Umsetzung der Komponenten A) und B) zu einem hyperverzweigten Polyurethan I), 2. und anschließend folgender Umsetzung des so erhaltenen hyperverzweigten
Polyurethan I) mit dem Polyether II).
16. Verwendung der hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Dispergiermittel für Feststoffe zur Herstellung von lösemittelhaltigen oder lösemittelfreien Pigmentpasten, Beschichtungsstoffen,
Druckfarben und/oder Drucklacken.
17. Verwendung der hydrophilierten, hyperverzweigten Polyurethane nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Dispergiermittel für Feststoffe zur Herstellung von lösemittel- und/oder wasserbasierten Pigmentpasten, Beschichtungsstoffen,
Druckfarben und/oder Drucklacken.
8. Dispersion enthaltend mindestes ein hydrophiliertes, hyperverzweigtes Polyurethan gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche.
EP08804522A 2007-10-15 2008-09-22 Hydrophilierte, hyperverzweigte polyurethane Withdrawn EP2185614A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007049587A DE102007049587A1 (de) 2007-10-15 2007-10-15 Hydrophilierte, hyperverzweigte Polyurethane
PCT/EP2008/062595 WO2009049992A1 (de) 2007-10-15 2008-09-22 Hydrophilierte, hyperverzweigte polyurethane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2185614A1 true EP2185614A1 (de) 2010-05-19

Family

ID=40257080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08804522A Withdrawn EP2185614A1 (de) 2007-10-15 2008-09-22 Hydrophilierte, hyperverzweigte polyurethane

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100216943A1 (de)
EP (1) EP2185614A1 (de)
CN (1) CN101412799A (de)
DE (1) DE102007049587A1 (de)
WO (1) WO2009049992A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8445024B2 (en) 2005-10-25 2013-05-21 Evonik Degussa Gmbh Preparations containing hyperbranched polymers
DE102011083355B4 (de) 2011-09-23 2013-04-11 Aptar Radolfzell Gmbh Tropfenspender
DE102011088787A1 (de) 2011-12-16 2013-06-20 Evonik Industries Ag Siloxannitrone und deren Anwendung
CN105037677B (zh) * 2015-09-07 2019-01-18 东莞市吉鑫高分子科技有限公司 一种高支化热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法
CN108948851B (zh) * 2018-03-06 2022-04-08 英德侗富贵科技材料有限公司 一种超支化分散剂及其制备方法
CN109880038B (zh) * 2019-03-05 2021-09-28 广州浦利姆环保科技有限公司 水性聚氨酯及其制备方法、水性色浆
CN110746568A (zh) * 2019-11-07 2020-02-04 合肥工业大学 一种超支化水溶性聚氨酯及其制备方法
CN112778488A (zh) * 2020-12-29 2021-05-11 江南大学 一种反应性支化聚氨酯高分子分散剂的制备方法
CN113663539B (zh) * 2021-09-16 2022-11-01 西安热工研究院有限公司 一种超支化抗菌型聚氨酯反渗透膜及其制备方法
CN114716871B (zh) * 2022-04-15 2023-09-29 中国科学院理化技术研究所 一种改性颜料、其制备方法及应用
CN114752035B (zh) * 2022-05-30 2024-07-05 浙江大学衢州研究院 一种高固含量的水性聚氨酯分散体及其制备方法和应用
CN117903407A (zh) * 2023-12-01 2024-04-19 广州海豚新材料有限公司 一种亲水性两性离子有机硅改性聚氨酯及其制备方法与应用
CN117736606B (zh) * 2023-12-18 2024-05-17 江苏众立生包装科技有限公司 含有改性聚脲的水性油墨的制备方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4224212A (en) 1977-07-15 1980-09-23 Imperial Chemical Industries Limited Dispersing agents, dispersions containing these agents and paints and inks made from the dispersions
GB8531635D0 (en) 1985-01-22 1986-02-05 Ici Plc Composition
DE19524045A1 (de) 1995-07-01 1997-01-02 Basf Ag Hochfunktionalisierte Polyurethane
DE19732251B4 (de) 1997-07-26 2004-07-29 Byk-Chemie Gmbh Versalzungsprodukte von Polyaminen und deren Einsatz als Dispergiermittel für Pigmente und Füllstoffe
WO2000024503A1 (en) 1998-10-24 2000-05-04 Avecia Limited Dispersants, compositions and use
DE19904444A1 (de) 1999-02-04 2000-08-10 Basf Ag Dendrimere und hochverzweigte Polyurethane
GB9922039D0 (en) 1999-09-18 1999-11-17 Avecia Ltd Polyester dispersants
DE10029648C1 (de) 2000-06-15 2002-02-07 Goldschmidt Ag Th Blockcopolymere Phosphorsäureester, deren Salze und deren Verwendung als Emulgatoren und Dispergiermittel
DE10030869A1 (de) 2000-06-23 2002-01-03 Basf Ag Mehrfunktionelle Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte
US7151153B2 (en) * 2000-10-31 2006-12-19 Basf Aktiengesellschaft Use of hyperbranched polyurethanes for producing printing inks
US6462144B1 (en) 2000-12-22 2002-10-08 Basf Corporation Carbamate-functional resins and their use in high solids coating compositions
DE10116767A1 (de) * 2001-04-04 2002-10-10 Basf Ag Neue polymere Dispergieradditive mit hyperverzweigten Strukturen
DE10322401A1 (de) 2003-05-16 2004-12-02 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von dendrimeren oder hyperverzweigten Polyurethanen
DE102004046508A1 (de) * 2004-09-23 2006-03-30 Basf Ag Wasserdispergierbare, hochfunktionelle Polyisocyanate
DE102004057430A1 (de) * 2004-11-27 2006-06-01 Degussa Ag Polymere Nano-Kompositwerkstoffe durch kontrollierte Keimbildung von dendritischen Polymeren
US8445024B2 (en) * 2005-10-25 2013-05-21 Evonik Degussa Gmbh Preparations containing hyperbranched polymers
DE102006021779A1 (de) * 2006-05-09 2007-11-15 Degussa Gmbh Hyperverzweigte Polyurethane, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009049992A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009049992A1 (de) 2009-04-23
CN101412799A (zh) 2009-04-22
US20100216943A1 (en) 2010-08-26
DE102007049587A1 (de) 2009-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2185614A1 (de) Hydrophilierte, hyperverzweigte polyurethane
EP1685895B1 (de) Polyether/Polyester enthaltende Dispergierharze
EP2668240B1 (de) Netz- und dispergiermittel, verfahren zur herstellung und verwendung
DE102004022753B3 (de) Als Dispergiermittel und Dispersionsstabilisatoren geeignete Additionsverbindungen
DE3641581C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Dispergiermitteln und deren Salzen und ihre Verwendung
EP2780390B1 (de) Aminaddukte herstellbar durch michael-addition
EP3207075B1 (de) Epoxy-amin-addukte zur dispergierung von feststoffen
DE102008010687B4 (de) Netz- und Dispergiermittel, deren Herstellung und Verwendung
WO2008074564A2 (de) Neuartige dispergierharze, deren herstellung und deren verwendung zur dispergierung von feststoffen
EP2723484B1 (de) Dispergieradditive auf basis von phosphorsäureesterderivaten
EP2254927B1 (de) Netz- und dispergiermittel, deren herstellung und verwendung
EP3074449B1 (de) Additionsverbindungen von polyaminen
EP2723788A1 (de) Verfahren zur herstellung von dispergieradditiven
EP2137266B1 (de) Polyether enthaltende dispergier- und emulgierharze
EP3302776B1 (de) Urethangruppenhaltige reaktionsprodukte
DE10302743A1 (de) Verwendung von Siliconharzen als Dispergiermittel
EP3320011B1 (de) Urethan- und harnstoffgruppenhaltige reaktionsprodukte
EP3303439B1 (de) Amidoamingruppenhaltige reaktionsprodukte

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20100323

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA MK RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120113

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150401