EP2222716A1 - Use of highly-branched polymers for producing polymer dispersions with improved freeze/thaw stability - Google Patents

Use of highly-branched polymers for producing polymer dispersions with improved freeze/thaw stability

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EP2222716A1
EP2222716A1 EP08852103A EP08852103A EP2222716A1 EP 2222716 A1 EP2222716 A1 EP 2222716A1 EP 08852103 A EP08852103 A EP 08852103A EP 08852103 A EP08852103 A EP 08852103A EP 2222716 A1 EP2222716 A1 EP 2222716A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acid
groups
polymer
hyperbranched
poly
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08852103A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alexandre Terrenoire
Daniel SCHÖNFELDER
Bernd Bruchmann
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP08852103A priority Critical patent/EP2222716A1/en
Publication of EP2222716A1 publication Critical patent/EP2222716A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04Homopolymers or copolymers of esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
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    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D133/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
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    • C09D5/02Emulsion paints including aerosols
    • C09D5/024Emulsion paints including aerosols characterised by the additives
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    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/65Additives macromolecular
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/005Dendritic macromolecules

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of polymer dispersions having improved freeze-thaw stability, in which a highly branched polymer is added thereto, and to the use of highly branched polymers for this purpose.
  • Aqueous polymer dispersions and paints based on such dispersions tend to lose desirable application properties when exposed to temperatures at which the contained water freezes.
  • the ice crystals formed thereby lead to a concentration of the latex particles, first in the still remaining liquid and finally between the ice crystals. This can lead to undesirable formation of larger polymer particles through association or agglomeration and is usually associated with a significant increase in viscosity. Often thawing does not restore the original application properties. This leads to problems during storage, transport and processing of aqueous polymer dispersions and paints based thereon.
  • Alcohols and alcohol ethers such as ethylene glycol, diethylene glycol and propylene glycol.
  • VOC volatile organic hydrocarbons
  • WO 2005/054384 describes a resin composition for aqueous paints which have a low content of volatile organic compounds (VOC content) and good freeze / thaw stability.
  • These coating compositions contain an aqueous dispersion based on a multistage polymer which contains in copolymerized form a polymerizable alkoxylated surface-active compound.
  • WO 00/29495 describes a coating composition containing a solvent, an alkyd resin (polyester resin) and a star polymer.
  • the star polymers serve as modifiers to improve the application properties of the coating agent, for. B. to achieve a lower viscosity. They are derived from polyfunctional thiols which have at least three vinylically unsaturated side chains.
  • WO 01/9641 1 describes amphiphilic star polymers which have a mercaptan-based core and at least three polymer arms emanating therefrom, and the use of these star polymers for the stabilization of aqueous polymer dispersions.
  • WO 2004/016700 describes a water-based copolymer dispersion obtainable by copolymerization using at least one dendritic polymer functionalized with alkylene groups.
  • the copolymer dispersions obtained in this way are characterized by improved "blocking properties.” This document does not teach how to add a highly branched polymer to an aqueous polymer dispersion following emulsion polymerization, thus improving the freeze / thaw properties ,
  • WO 2005/003186 describes a process for the preparation of aqueous polymer dispersions based on copolymers which contain at least one hydrophilic allyl, vinyl, maleic or diene monomer in copolymerized form, the polymerization taking place in the presence of at least one dendritic polymer.
  • the dendritic polymer also makes it possible to use highly hydrophobic monomers having a water solubility of less than 0.001 g / l for emulsion polymerization.
  • the use of such dendritic polymers as an additive to polymer dispersions to improve their freeze / thaw stability has not been described.
  • the present invention is based on the object to provide aqueous polymer dispersions with improved freeze / thaw stability available. These should preferably have substantially unchanged application properties after a freeze / thaw load, such as a substantially unchanged viscosity, essentially unchanged particle sizes and / or particle size distributions. Preferably, it should preferably be dispensed with additives that increase the VOC content of the dispersions.
  • a first subject of the invention is therefore a process for preparing an aqueous polymer dispersion PD) with improved freeze / thaw stability by free-radical emulsion polymerization of at least one ⁇ , ß-ethylenically unsaturated monomer M) and at least one highly branched polymer.
  • Another object of the invention is a binder composition consisting of or containing an aqueous polymer dispersion PD), at least one highly branched polymer and optionally at least one further film-forming polymer.
  • Another object of the invention is a coating composition in the form of an aqueous composition containing
  • binder composition consisting of or containing an aqueous polymer dispersion PD), a highly branched polymer and optionally at least one further film-forming polymer,
  • Another object of the invention is the use of highly branched polymers as an additive for aqueous polymer dispersions to improve the freezing / thawing stability.
  • Another object of the invention is a method for improving the
  • Freeze / thaw stability of an aqueous polymer dispersion PD) obtainable by free-radical emulsion polymerization of at least one o-ethylenically unsaturated monomer M) by adding at least one highly branched polymer.
  • the addition of the highly branched polymer to the polymer dispersion PD) can be carried out before and / or during and / or after the emulsion polymerization for the preparation of PD).
  • the addition of the highly branched polymer takes place in the Conclusion of the emulsion polymerization.
  • An addition after the emulsion polymerization also includes an addition in the context of the formulation of a product which contains an emulsion polymer based on at least one ⁇ , ß-ethylenically unsaturated monomer M).
  • at least one highly branched polymer, as defined below, may be added as an additive, for example, to a paint.
  • Another object of the invention is therefore the use of at least one hyperbranched polymer as an additive for a product containing an emulsion polymer based on at least one ⁇ , ß-ethylenically unsaturated monomer M), as defined below, to improve the freeze / thaw Stability of the product.
  • it is the use as an additive for a paint.
  • Another object of the invention is the use of an aqueous polymer dispersion PD), which contains at least one highly branched polymer as additive, as a component in paints.
  • Freeze / thaw stability is a parameter well known to those skilled in the art.
  • the principle of the determination of the freeze-thaw stability can be taken from the standard ISO 1147.
  • the determination of the freeze-thaw stability of aqueous polymer dispersions can be carried out according to ASTM D 2243-95 (reapproved 2003). Thereafter, the dispersion is placed for 17 hours in a cooling chamber at -18 0 C and then allowed to stand for 7 hours at room temperature (23 0 C), so that a freeze-thaw cycle of 24 hours results. Subsequently, one checks whether coagulation has occurred or not.
  • the highly branched polymer is preferably added to the polymer dispersion PD) in an amount of from 0.1 to 20% by weight, more preferably from 0.2 to 15% by weight, in particular from 0.5 to 10% by weight, based on the total weight of hyperbranched polymer and polymer dispersion.
  • the determination of the viscosity may, for. B. according to DIN EN ISO 3219 at a temperature of 23 0 C with a rotational viscometer, z. B. with a Brookfield viscometer model RVT performed, wherein z.
  • spindle # 5 is used at a revolution speed of 10 rpm
  • spindle # 4 is used at a speed of 20 rpm.
  • the determination of the coagulum amount can, for. B. by filtration of the polymer dispersion after the freeze / thaw exposure through a sieve of certain mesh size (eg., 125 microns) take place.
  • At least one highly branched polymer is used to prepare the polymer dispersion PD).
  • highly branched polymers in the context of this invention generally refers to polymers which are distinguished by a highly branched structure and a high functionality.
  • highly branched polymers reference is also made to P. J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718, and H. Frey et al., Chem. Eur. J. 2000, 6, No. 14, 2499, incorporated herein by reference (as defined by the definition herein, as “hyperbranched polymers”).
  • highly branched polymers in the sense of the invention are star polymers, dendrimers, arborols and various highly branched polymers such as especially hyperbranched polymers.
  • Star polymers are polymers in which three or more chains originate from one center.
  • the center can be a single atom or an atomic group.
  • Dendrimers are derived structurally from the star polymers, but the individual chains are in turn branched star-shaped. They arise from small molecules through a repetitive sequence of reactions, resulting in ever higher branches, at the ends of which functional groups are located, which in turn are the starting point for further branching. So grow along For each reaction step, the number of monomer end groups exponentially, resulting in an end, ideally spherical, tree structure at the end.
  • a characteristic feature of dendrimers is the number of reaction stages (generations) carried out for their construction. Due to their uniform structure (ideally all branches contain exactly the same number of monomer units), dendrimers are essentially monodisperse, ie they generally have a defined molar mass.
  • Molecular, such as structurally uniform hyperbranched polymers are also referred to below as uniformly dendrimers.
  • Hyperbranched polymers in the context of this invention are highly branched polymers which, in contrast to the abovementioned dendrimers, are both molecularly and structurally nonuniform. They have side chains and / or side branches of different length and branching as well as a molecular weight distribution (polydispersity).
  • the highly branched polymers used according to the invention preferably have a degree of branching (DB) per molecule of from 10 to 100%, preferably from 10 to 90% and in particular from 10 to 80%.
  • T is the average number of terminal monomer units
  • Z is the mean number of branching monomer units
  • L is the average number of linearly bound monomer units.
  • Dendrimers generally have a degree of branching DB of at least 99%, especially 99.9 to 100%.
  • Hyperbranched polymers preferably have a degree of branching DB of 10 to 95%, preferably 25 to 90% and in particular 30 to 80%.
  • both the structurally and molecularly uniform dendrimers and also hyperbranched polymers can be used.
  • Hyperbranched polymers are generally simpler and thus more economical to produce than dendrimers. So z.
  • the preparation of the monodisperse dendrimers is complicated by the need to introduce and remove protecting groups at each linking step and to require intensive purification operations prior to the commencement of each new growth stage, which is why dendrimers can usually only be produced on a laboratory scale.
  • Hyperbranched polymers with their molecular weight distribution can also have an advantageous effect on the viscosity properties of the dispersions modified with them. Hyperbranched polymers also have a more flexible structure than dendrimers.
  • Highly branched polymers are in principle suitable for those which are obtainable by polycondensation, polyaddition or by polymerization of ethylenically unsaturated compounds. Preference is given to polycondensates and polyaddition products.
  • polycondensation is meant the repeated chemical reaction of functional compounds with suitable reactive compounds with elimination of low molecular weight compounds such as water, alcohol, HCl, etc.
  • polyaddition is meant the repeated chemical reaction of functional compounds with suitable reactive compounds without cleavage of low molecular weight compounds.
  • Suitable polymers are those which have functional groups which are preferably selected from ether groups, ester groups, carbonate groups, amino groups, amide groups, urethane groups and urea groups.
  • polycarbonates polyesters, polyethers, polyurethanes, polyureas, polyamines, polyamides, and their mixed forms, such as poly (urea urethanes), poly (etheramines), poly (esteramine), poly (etheramides), poly (esteramides), poly (amidoamines), poly (ester carbonates), poly (ether carbonates), poly (ether esters), poly (ether ester carbonates), etc.
  • poly (urea urethanes) poly (etheramines), poly (esteramine), poly (etheramides), poly (esteramides), poly (amidoamines), poly (ester carbonates), poly (ether carbonates), poly (ether esters), poly (ether ester carbonates), etc.
  • Preferred hyperbranched polymers are those based on ethers, amines, esters, carbonates, amides and their mixed forms, such as, for example, ester amides, amidoamines, ester carbonates, ether carbonates, ether esters, ether ester carbonates, urea-urethanes, etc.
  • Hyperbranched polycarbonates hyperbranched poly (ether carbonates), hyperbranched poly (ether esters), hyperbranched poly (ether ester carbonates), hyperbranched polyesters, hyperbranched polyethers, hyperbranched polyurethanes, hyperbranched poly (urea-urethanes), hyperbranched polyureas, hyperbranched polyamines, hyperbranched polyamides, hyperbranched polymers, hyperbranched poly (ether amines), hyperbranched poly (ester amines), hyperbranched poly (ether amides), hyperbranched poly (esteramides), and mixtures thereof.
  • a specific embodiment of hyperbranched polymers are hyperbranched polycarbonates.
  • Another specific embodiment of hyperbranched polymers are hyperbranched nitrogen atom-containing polymers, especially polyurethanes, polyureas, polyamides, poly (esteramide) s and poly (esteramine) s.
  • the hyperbranched polymer used is preferably a hyperbranched polycarbonate, poly (ether carbonate), poly (ester carbonate) or poly (etherester carbonate) or a mixture hyperbranched polymers containing at least one hyperbranched polycarbonate, poly (ether carbonate), poly (ester carbonate) or poly (etherestercarbonat) used.
  • hyperbranched polycarbonates according to WO 2005/026234, hyperbranched polyesters according to WO 01/46296, DE 101 63 163, DE 102 19 508 or DE 102 40 817, hyperbranched polyethers according to WO 03/062306, WO 00/56802, DE 102 1 1 664 or DE 199 47 631, - hyperbranched nitrogen-containing polymers (especially polyurethanes, polyureas, polyamides, poly (esteramides), poly (esteramines)), as in
  • WO 2006/087227 hyperbranched polyurethanes according to WO 97/02304 or DE 199 04 444, hyperbranched poly (urea-urethanes) according to WO97 / 02304 or DE 199 04 444, hyperbranched polyureas as described in WO 03/066702, WO 2005/044897 and US Pat
  • hyperbranched amino group-containing polymers especially polyesteramines according to WO 2005/007726, - hyperbranched poly (esteramides) according to WO 99/16810 or EP 1 036 106, hyperbranched polyamides as described in WO 2006/018125, hyperbranched poly ( estercarbonates) as described in WO 2006/089940.
  • polymers which have a weight-average molecular weight M w in the range from about 500 to 500,000, preferably 750 to 200,000, in particular 1,000 to
  • the molar mass determination can be carried out by gel permeation chromatography with a standard such. As polymethyl methacrylate, take place.
  • alkyl includes straight-chain and branched alkyl groups. Suitable short-chain alkyl groups are, for. B. straight-chain or branched Ci-Cz-alkyl, preferably d-C ⁇ -alkyl and particularly preferably Ci-C4-alkyl groups.
  • Suitable longer-chain Cs-Cso-alkyl groups are straight-chain and branched alkyl groups. These are preferably predominantly linear alkyl radicals, as they also occur in natural or synthetic fatty acids and fatty alcohols and oxo alcohols. These include z.
  • alkyl includes unsubstituted and substituted alkyl radicals.
  • alkyl also apply to the alkyl moieties in arylalkyl.
  • Preferred arylalkyl radicals are benzyl and phenylethyl.
  • C 8 -C 32 -alkenyl in the context of the present invention represents straight-chain and branched alkenyl groups which may be mono-, di- or polyunsaturated. Preferably, it is Cio-C2o-alkenyl.
  • alkenyl includes unsubstituted and substituted alkenyl radicals. Specifically, these are predominantly linear alkenyl radicals, as they also occur in natural or synthetic fatty acids and fatty alcohols and oxo alcohols.
  • octenyl nonenyl, decenyl, undecenyl, dodecenyl, tridecenyl, tetradecenyl, pentadecenyl, hexadecenyl, heptadecenyl, octadecenyl, nonadecenyl, linolyl, linolenyl, eleostearyl and oleyl (9-octadecenyl).
  • alkylene in the context of the present invention stands for straight-chain or branched alkanediyl groups having 1 to 7 carbon atoms, eg. As methylene, 1, 2-ethylene, 1, 3-propylene, etc.
  • Cycloalkyl is preferably C4-C6-cycloalkyl, such as cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl or cyclooctyl.
  • aryl in the context of the present invention comprises mononuclear or polynuclear aromatic hydrocarbon radicals which may be unsubstituted or substituted.
  • aryl is preferably phenyl, ToIyI, XyIyI, mesityl, Duryl, naphthyl, fluorenyl, anthracenyl, phenanthrenyl or naphthyl, particularly preferably phenyl or naphthyl, said aryl groups in the case of a substitution generally 1, 2, 3, 4 or 5, preferably 1, 2 or 3 substituents can carry.
  • AB X monomers are suitable for the synthesis of hyperbranched polymers suitable for use in the process according to the invention. These have two different functional groups A and B, which can react with each other to form a linkage.
  • the functional group A is included only once per molecule and the functional group B two or more times (eg AB2 or AB3 monomers).
  • the AB X monomers can be incorporated completely in the form of branches into the hyperbranched polymer, they can be incorporated as terminal groups, thus still have x free B groups, and they can be linear groups with (x-1) free B groups are incorporated.
  • the hyperbranched polymers obtained have a greater or lesser number of B groups, either terminal or as side groups. For details, see, for example, Journal of Molecular Science, Rev. Macromol. Chem. Phys., C37 (3), 555-579 (1997).
  • the hyperbranched polymers used according to the invention preferably have carbonate groups in the case of hyperbranched polycarbonates, hyperbranched polyurethanes urethane and / or urea groups or further groups resulting from the reaction of isocyanate groups, hyperbranched polyamides Amide groups, etc.) at least four further functional groups.
  • the maximum number of these functional groups is usually not critical. However, it is often not more than 100.
  • the proportion of functional groups is 4 to 100, especially 5 to 80, and more particularly 6 to 50.
  • hyperbranched polycarbonates suitable for use in improving freeze / thaw stability can be prepared by
  • R a and R b may have the same or different meanings. In a specific embodiment, R a and R b have the same meanings.
  • R a and R b are selected from C 1 -C 20 -alkyl, C 5 -C 7 -cycloalkyl, C ⁇ -do-Aryl and C 6 -C 10 -aryl-C 1 -C 20 -alkyl, as defined above.
  • R a and R b may also together represent a C 2 -C 6 -alkylene group.
  • R a and R b are particularly preferably selected from straight-chain and branched C 1 -C 5 -alkyl, as defined above.
  • Dialkyl or diaryl carbonates may, for. Example, be prepared from the reaction of aliphatic, araliphatic or aromatic alcohols, preferably monoalko- get with phosgene. Furthermore, they can also be prepared via oxidative carbonylation of the alcohols or phenols by means of CO in the presence of noble metals, oxygen or NO x .
  • diaryl or dialkyl carbonates see also "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 6 th Edition, 2000 Electronic Release, Verlag Wiley-VCH.
  • suitable carbonates include aliphatic or aromatic carbonates, such as ethylene carbonate, 1, 2 or 1, 3-propylene carbonate, diphenyl carbonate, ditolyl carbonate, dixylyl carbonate, dinaphthyl carbonate, ethylphenyl carbonate, dibenzyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, diisobutyl carbonate, Dipentyl carbonate, dihexyl carbonate, dicyclohexyl carbonate, diheptyl carbonate, di-octyl carbonate, didecylacarbonate and didodecyl carbonate.
  • aliphatic or aromatic carbonates such as ethylene carbonate, 1, 2 or 1, 3-propylene carbonate, diphenyl carbonate, ditolyl carbonate, dixylyl carbonate, dinaphthyl carbonate, ethylphenyl carbonate, dibenzyl carbonate, dimethyl
  • Aliphatic carbonates are preferably used, in particular those in which the radicals comprise 1 to 5 carbon atoms, such as.
  • the radicals comprise 1 to 5 carbon atoms, such as.
  • the organic carbonates are reacted with at least one aliphatic alcohol (B) which has at least three OH groups or mixtures of two or more different alcohols.
  • Examples of compounds having at least three OH groups are glycerol, trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1, 2,4-butanetriol, tris (hydroxymethyl) amine, tris (hydroxyethyl) amine, tris (hydroxypropyl) amine, pentaerythritol, Bis (trimethylolpropane), di (pentaerythritol), di-tri- or oligoglycerols, or sugars, such as.
  • glucose tri- or higher functional polyetherols based on tri- or higher functional alcohols and ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide, or polyesterols.
  • polyhydric alcohols can also be used in mixture with difunctional alcohols (B '), with the proviso that the average OH functionality of all the alcohols used together is greater than 2.
  • suitable compounds having two OH groups include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1, 2 and 1, 3-propanediol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, neopentyl glycol, 1, 2, 1, 3 and 1, 4-butanediol, 1, 2-, 1, 3- and 1, 5-pentanediol, hexanediol, cyclopentanediol, cyclohexanediol, cyclohexanedimethanol, difunctional polyether or polyesterols.
  • reaction of the carbonate with the alcohol or alcohol mixture to the highly functional hyperbranched polycarbonate used according to the invention takes place with elimination of the monofunctional alcohol or phenol from the carbonate molecule.
  • the highly functional hyperbranched polycarbonates formed by the process described are terminated after the reaction, ie without further modification, with hydroxyl groups and / or with carbonate groups. They dissolve well in various solvents, eg. Example in water, alcohols, such as methanol, ethanol, butanol, alcohol / - water mixtures, acetone, 2-butanone, ethyl acetate, butyl acetate, Methoxypropylace- tat, methoxyethyl acetate, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, ethylene carbonate or propylene carbonate ,
  • alcohols such as methanol, ethanol, butanol, alcohol / - water mixtures, acetone, 2-butanone, ethyl acetate, butyl acetate, Methoxypropylace- tat, methoxyethyl acetate, tetrahydrofuran
  • a highly functional polycarbonate is to be understood as meaning a product which, in addition to the carbonate groups which form the polymer backbone, also has at least four, preferably at least eight, functional groups at the end or at the side.
  • the functional groups are carbonate groups and / or OH groups.
  • the number of terminal or pendant functional groups is not limited to the top, but products having a very large number of functional groups may have undesirable properties such as high viscosity or poor solubility.
  • the high-functionality polycarbonates of the present invention generally have not more than 500 terminal or pendant functional groups, preferably not more than 100, in particular not more than 50 terminal or pendant functional groups.
  • condensation product (K) In the preparation of the high-functionality polycarbonates, it is necessary to adjust the ratio of the compounds containing OH groups to the carbonate so that the resulting simplest condensation product (referred to hereinafter as condensation product (K)) has on average either one carbonate group and more than one OH group. Contains group or an OH group and more than one carbonate group.
  • the simplest structure of the condensation product (K) from a carbonate (A) and a di- or polyalcohol (B) results in the arrangement XY n or YX n , where X is a carbene Y is a hydroxyl group and n is generally a number between 1 and 6, preferably between 1 and 4, particularly preferably between 1 and 3.
  • the reactive group, which thereby results as a single group, is generally referred to below as the "focal group”.
  • condensation product (K) from a carbonate and a trihydric alcohol at a conversion ratio of 1: 1 results in the average molecule of the type XY2, illustrated by the general formula 2.
  • Focal group here is a carbonate group.
  • R has the meaning defined above and R 1 is an aliphatic radical.
  • R 2 is an organic, preferably aliphatic radical, R and R 1 are defined as described above.
  • the simple condensation products (K) described by way of example in the formulas 1 to 5 preferably react according to the invention intermolecularly to form highly functional polycondensation products, referred to below as polycondensation products (P).
  • the reaction to give the condensate (K) and the polycondensation densationseck (P) is usually carried out at a temperature of 0 to 250 ° C, preferably at 60 to 160 0 C in bulk or in solution.
  • all solvents can be used which are inert to the respective starting materials.
  • the condensation reaction is carried out in bulk.
  • the monofunctional alcohol ROH or phenol liberated in the reaction can be removed from the reaction equilibrium by distillation, optionally under reduced pressure, to accelerate the reaction.
  • Suitable catalysts are compounds which catalyze esterification or transesterification reactions, e.g.
  • DMC double metal cyanide
  • potassium hydroxide potassium carbonate, potassium bicarbonate, diazabicyclooctane (DABCO), diazabicyclononene (DBN), diazabicycloundecene (DBU), imidazoles, such as imidazole, 1-methylimidazole or 1,2-dimethylimidazole, titanium tetrabutylate, titanium tetraisopropylate, dibutyltin oxide, dibutyltin dilaurate, tin dioctoate, Zirconium acetylacetonate or mixtures thereof.
  • DABCO diazabicyclooctane
  • DBN diazabicyclononene
  • DBU diazabicycloundecene
  • imidazoles such as imidazole, 1-methylimidazole or 1,2-dimethylimidazole
  • titanium tetrabutylate titanium tetraisopropylate
  • dibutyltin oxide dibutyl
  • the addition of the catalyst is generally carried out in an amount of 50 to 10,000, preferably from 100 to 5000 ppm by weight, based on the amount of the alcohol or alcohol mixture used.
  • the intermolecular polycondensation reaction both by adding the appropriate catalyst and by selecting a suitable temperature. Furthermore, the average molecular weight of the polymer (P) can be adjusted via the composition of the starting components and over the residence time.
  • the condensation products (K) or the polycondensation products (P), which were prepared at elevated temperature, are usually stable at room temperature for a longer period.
  • condensation reaction may result in polycondensation products (P) having different structures that have branches but no crosslinks.
  • the polycondensation products (P) ideally have either a carbonate group as a focal group and more than two OH groups or an OH group as a focal group and more than two carbonate groups.
  • the number of reactive groups results from the nature of the condensation products used (K) and the degree of polycondensation.
  • R and R 1 are as defined above.
  • the temperature can be lowered to a range in which the reaction comes to a standstill and the product (K) or the polycondensation product (P) is storage-stable.
  • the product (P) to terminate the reaction is added to a product having groups which are reactive towards the focal group of (P) - the.
  • a product having groups which are reactive towards the focal group of (P) - the is added to a product having groups which are reactive towards the focal group of (P) - the.
  • a carbonate group as a focal group z.
  • the product (P) may be added with, for example, a mono-, di- or polyisocyanate, an epoxy group-containing compound or an OH group-reactive acid derivative.
  • the preparation of the high-functionality polycarbonates according to the invention is usually carried out in a pressure range from 0.1 mbar to 20 bar, preferably at 1 mbar to 5 bar, in reactors or reactor cascades which are operated batchwise, semicontinuously or continuously.
  • the products can be further processed after preparation without further purification.
  • the polycarbonates in addition to the functional groups already obtained by the reaction, can be given further functional groups.
  • the functionalization can take place during the molecular weight build-up or else subsequently, ie after the end of the actual polycondensation.
  • Such effects can be z. B. by addition of compounds during the polycondensation, in addition to hydroxyl or carbonate groups further functional groups or functional elements, such as mercapto, primary, secondary or tertiary amino groups, ether groups, derivatives of carboxylic acids, derivatives of sulfonic acids, derivatives of phosphonic acids , Aryl radicals or long-chain alkyl radicals.
  • further functional groups or functional elements such as mercapto, primary, secondary or tertiary amino groups, ether groups, derivatives of carboxylic acids, derivatives of sulfonic acids, derivatives of phosphonic acids , Aryl radicals or long-chain alkyl radicals.
  • ethanolamine, propanolamine, isopropanolamine, 2- (butylamino) ethanol, 2- (cyclohexylamino) ethanol, 2-amino-1-butanol, 2- (2'-aminoethoxy) ethanol or higher can be used Alkoxylation products of ammonia, 4-hydroxypiperidine, 1-hydroxyethylpiperazine,
  • mercapto groups can be z.
  • Tertiary amino groups can be z.
  • B. by incorporation of N-methyldiethanolamine, N-methyldipropanolamine or N, N-dimethylethanolamine produce.
  • Ether groups may, for. B. by condensation of di- or higher-functional polyetherols are generated.
  • Long-chain alkyl radicals can be introduced by reaction with long-chain alkanediols, the reaction with alkyl or aryl diisocyanates generates polycarbonates having alkyl, aryl and urethane groups.
  • Subsequent functionalization can be obtained by reacting the resulting highly functional, hyperbranched polycarbonate with a suitable functionalizing reagent which can react with the OH and / or carbonate groups of the polycarbonate.
  • Hydroxyl-containing high-functionality, hyperbranched polycarbonates may, for. B. be modified by the addition of molecules containing acid groups or isocyanate groups.
  • polycarbonates containing acid groups can be obtained by reaction with compounds containing anhydride groups.
  • hydroxyl-containing high-functionality polycarbonates by reaction with alkylene oxides, for. For example, ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide are converted into highly functional polycarbonate polyether polyols.
  • a great advantage of the method according to the invention lies in its economy. Both the conversion to a condensation product (K) or polycondensation product (P) and the reaction of (K) or (P) to polycarbonates with other functional groups or elements can be carried out in a reaction apparatus, which is technically and economically advantageous.
  • hyperbranched polyesters such by A2B X type.
  • hyperbranched polyesters from A2B3-TVP are particularly preferred.
  • These have a less rigid structure than hyperbranched AB2-type polyesters. Therefore, hyperbranched AB2-type polyesters are less preferred.
  • Hyperbranched polyesters suitable for use in improving freeze-thaw stability are obtainable by reacting at least one aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic dicarboxylic acid (A2) or derivatives thereof
  • D y aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic carboxylic acid (D y ) or derivatives thereof which has more than two acid groups, where y is a number greater than 2, preferably 3 to 8, particularly preferably 3 to 6, very particularly preferably 3 to 4 and in particular 3 is, with
  • x is a number greater than 2, preferably 3 to 8, particularly preferably 3 to 6, very particularly preferably 3 to 4 and in particular 3,
  • the ratio of the reactive groups in the reaction mixture is selected so that a molar ratio of OH groups to carboxyl groups or derivatives thereof of 5: 1 to 1: 5, preferably from 4: 1 to 1: 4, particularly preferably from 3: 1 to 1: 3 and most preferably from 2: 1 to 1: 2 sets.
  • Hyperbranched polyesters in the context of this invention are understood as meaning uncrosslinked polyesters having hydroxyl and carboxyl groups which are structurally as well as molecularly nonuniform.
  • Uncrosslinked in the context of this document means that a degree of crosslinking of less than 15% by weight, preferably less than 10% by weight, determined by the insoluble fraction of the polymer, is present.
  • the insoluble portion of the polymer was determined by extraction for four hours with the same solvent as used for gel permeation chromatography, ie, tetrahydrofuran or hexafluoroisopropanol, depending on the solvent in which the polymer is more soluble, in a Soxhlet apparatus and drying the residue until to constant weight and weighing the residue.
  • the dicarboxylic acids (A2) include, for example, aliphatic dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, sebacic acid, undecane- ⁇ , ⁇ -dicarboxylic acid, dodecane- ⁇ , ⁇ -dicarboxylic acid, cis- and trans Cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclopentane-1,3-dicarboxylic acid.
  • aromatic dicarboxylic acids such as. For example, phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid. It is also possible
  • the dicarboxylic acids mentioned can also be substituted by one or more radicals selected from C 1 -C 10 -alkyl groups, C 3 -C 12 -cycloalkyl groups, alkylene groups such as methylene or ethylidene or C 6 -C 14 -aryl groups.
  • substituted dicarboxylic acids are: 2-methylmalonic acid, 2-ethylmalonic acid, 2-phenylmalonic acid, 2-methylsuccinic acid, 2-ethylsuccinic acid, 2-phenylsuccinic acid, itaconic acid, 3,3-dimethylglutaric acid.
  • mixtures of two or more of the aforementioned dicarboxylic acids can be used.
  • the dicarboxylic acids can be used either as such or in the form of their derivatives.
  • C 1 -C 4 -alkyl is methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl, preferably methyl, ethyl and n-butyl, particularly preferably methyl and ethyl, and most preferably methyl.
  • malonic acid succinic acid, glutaric acid, adipic acid, 1, 2, 1, 3 or 1, 4-cyclohexanedicarboxylic acid (hexahydrophthalic acids), phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid or their mono- or dialkyl esters.
  • Examples of convertible tricarboxylic acids or polycarboxylic acids (D y ) are aconitic acid, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid ( Pyromellitic acid) as well as mellitic acid and low molecular weight polyacrylic acids.
  • Tricarboxylic acids or polycarboxylic acids (D y ) can be used either as such or in the form of derivatives.
  • Derivatives are the relevant anhydrides in monomeric or else polymeric form, mono- or dialkyl esters, preferably mono- or di-C 1 -C 4 -alkyl esters, particularly preferably mono- or dimethyl esters or the corresponding mono- or diethyl esters, also mono- and divinyl esters and mixed esters, preferably mixed esters with different C 1 -C 4 -alkyl components, particularly preferably mixed methyl ethyl esters.
  • the diols (B2) used are, for example, ethylene glycol, propane-1,2-diol, propane-1,3-diol, butane-1,2-diol, butane-1,3-diol, butane-1,4-diol, Butane-2,3-diol, pentane-1,2-diol, pentane-1,3-diol, pentane-1,4-diol, pentane-1,5-diol, pentane-2,3-diol, pentane 2,4-diol, Hexane-1,2-diol, hexane-1,3-diol, hexane-1,4-diol, hexane-1,5-diol, hexane-1,6-diol, hexane-2,5-diol, heptane 1, 2-diol
  • diols are ethylene glycol, 1, 2-propanediol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, 1, 8-octanediol, 1, 2, 1, 3 - And 1, 4-cyclohexanediol, 1, 3- and 1, 4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, and diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol polyethylene glycols
  • polypropylene glycols HO (CH 2 CH 2 O) n -H or polypropylene glycols HO (CH [CH 3 ] CH 2 O) n -H, where n is an integer and n> 4, polyethylene-polypropylene glycols, the sequence being ethylene oxide and propylene oxide Units may be blockwise or random, or polytetramethylene glycols.
  • the molecular weight of the polyalkylene glycols is preferably up to 5000 g / mol.
  • the dihydric alcohols B 2 may optionally contain other functionalities such as carbonyl, carboxy, alkoxycarbonyl or sulfonyl functions, such as dimethylolpropionic acid or dimethylol butyric acid, and their Ci-C4-alkyl esters, glycerol monostearate or glycerol monooleate.
  • functionalities such as carbonyl, carboxy, alkoxycarbonyl or sulfonyl functions, such as dimethylolpropionic acid or dimethylol butyric acid, and their Ci-C4-alkyl esters, glycerol monostearate or glycerol monooleate.
  • At least trifunctional alcohols (C x ) include glycerol, trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1, 2,4-butanetriol, tris (hydroxymethyl) amine, tris (hydroxyethyl) amine, tris (hydroxypropyl) amine, pentaerythritol, diglycerol, triglycerol or higher condensation products of glycerol, di (trimethylolpropane),
  • Di penentaerythritol
  • trishydroxymethylisocyanurate tris (hydroxyethyl) isocyanurate (THEIC)
  • TEEIC tris (hydroxypropyl) isocyanurate
  • inositols or sugars such as e.g. As glucose, fructose or sucrose, sugar alcohols such.
  • sorbitol mannitol, threitol, erythritol, adonite (ribitol), arabitol (Lyxit), XyNt, Dulcit (galactitol), maltitol, isomalt, tri- or higher polyethers based on tri- or higher functional alcohols and ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide.
  • glycerol, diglycerol, triglycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane, bis (trimetylolpropane), 1, 2,4-butanetriol, pentaerythritol, di (penterythrit), tris (hydroxyethyl) isocyanurate and their polyetherols based on ethylene oxide and / or propylene oxide are particularly preferred ,
  • the reaction can be carried out in the presence or absence of a solvent.
  • Suitable solvents are, for example, hydrocarbons such as paraffins, aromatics, ethers and ketones.
  • the reaction is carried out free of solvent.
  • the reaction can be carried out in the presence of a dehydrating agent as an additive, which is added at the beginning of the reaction.
  • Suitable examples are molecular sieves, in particular 4 ⁇ molecular sieve, and also MgSO 4 and Na 2 SO 4 . It is also possible to distill off water or alcohol formed during the reaction and, for example, to use a water separator in which the water is removed by means of an entraining agent.
  • acidic inorganic catalysts for the purposes of the present invention include sulfuric acid, sulfates and hydrogen sulfates, such as sodium hydrogensulfate, phosphoric acid, phosphonic acid, hypophosphorous acid, aluminum sulfate hydrate, alum, acidic silica gel (pH ⁇ 6, in particular ⁇ 5) and acidic aluminum oxide.
  • sulfuric acid, sulfates and hydrogen sulfates such as sodium hydrogensulfate, phosphoric acid, phosphonic acid, hypophosphorous acid, aluminum sulfate hydrate, alum, acidic silica gel (pH ⁇ 6, in particular ⁇ 5) and acidic aluminum oxide.
  • aluminum compounds of the general formula Al (OR 1 ) 3 and titanates can be used.
  • Preferred acidic organometallic catalysts are, for example, dialkyltin oxides or dialkyltin esters.
  • Preferred acidic organic catalysts are acidic organic compounds with, for example, phosphate groups, sulfonic acid groups, sulfate groups or phosphonic acid groups. It is also possible to use acidic ion exchangers as acidic organic catalysts.
  • the reaction is carried out at temperatures of 60 to 250 0 C.
  • the hyperbranched polyesters used according to the invention have a molecular weight M w of at least 500, preferably at least 600 and particularly preferably 1000 g / mol.
  • the upper limit of the molecular weight M w is preferably 500,000 g / mol, more preferably not more than 200,000 and most preferably not more than 100,000 g / mol.
  • the information on the polydispersity and the number average and weight average molecular weight M n and M w relate here to gel permeation chromatography Measurements using polymethylmethacrylate as standard and tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide or hexafluoroisopropanol as eluent. The method is described in the Analyst Taschenbuch Vol. 4, pages 433 to 442, Berlin 1984.
  • the polydispersity of the polyesters used according to the invention is generally from 1.2 to 50, preferably from 1.4 to 40, particularly preferably from 1.5 to 30 and very particularly preferably from 2 to 30.
  • polyurethanes in the context of this invention includes, beyond the usual understanding, polymers which can be obtained by reacting di- or polyisocyanates with compounds having active hydrogen, and which are prepared by urethane but also, for example, by urea, allophanate , Biuret, carbodiimide, amide, uretonimine, uretdione, isocyanurate or oxazolidone structures.
  • hyperbranched polyurethanes used according to the invention it is possible to use AB X monomers which have both isocyanate groups and groups which can react with isocyanate groups to form a linkage.
  • monomer combinations which initially form intermediate AB ⁇ building blocks, where x is a natural number between 2 and 8, preferably 2 or 3.
  • Such hyperbranched polyurethanes and processes for their preparation are described in WO 97/02304, which is incorporated herein by reference.
  • Suitable hyperbranched polyurethanes can also be obtained by reacting diisocyanates and / or polyisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive groups, wherein at least one of the reactants has functional groups with different reactivity with respect to the other reactant and the reaction conditions are selected such that At each reaction step, only certain reactive groups react with each other.
  • Such hyperbranched polyurethanes and processes for their preparation are described in EP 1026185, which is incorporated herein by reference.
  • the groups reactive with the isocyanate groups are preferably OH, NH 2 , NHR or SH groups.
  • the AB ⁇ monomers can be prepared in a known manner.
  • AB X monomers can be synthesized according to the method described in WO 97/02304 using protective group techniques.
  • An example of this technique is the preparation of an AB 2 monomer from 2,4-tolylene diisocyanate (TDI) and triamine. methylolpropane explained.
  • TDI 2,4-tolylene diisocyanate
  • one of the isocyanate groups of the TDI is capped in a known manner, for example by reaction with an oxime.
  • the remaining free NCO group is reacted with trimethylolpropane, wherein only one of the three OH groups reacts with the isocyanate group, while two OH groups are blocked by acetalization.
  • a molecule having an isocyanate group and 2 OH groups is obtained.
  • the AB X molecules can be synthesized by the method described in DE-A 199 04 444, in which no protective groups are required.
  • di- or polyisocyanates are used and reacted with compounds having at least two isocyanate-reactive groups.
  • At least one of the reactants in this case has groups with respect to the other reactants of different reactivity.
  • both reactants have groups with different reactivity than the other reactant.
  • the reaction conditions are chosen so that only certain reactive groups can react with each other.
  • Suitable di- and polyisocyanates are the aliphatic, cycloaliphatic and aromatic isocyanates known from the prior art.
  • Preferred di- or polyisocyanates are 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, the mixtures of monomeric diphenylmethane diisocyanates and oligomeric diphenylmethane diisocyanates (polymer-MDI), tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 4,4'-methylenebis (cyclohexyl) diisocyanate, xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate , Dodecyl diisocyanate, lysine alkyl ester diisocyanate, where alkyl is C 1 -C 10 -alkyl, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,4-diiso
  • di- or polyisocyanates with NCO groups of different reactivity such as 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,4'-diphenylmethane diisocyanate (2,4'-MDI), triisocyanatotoluene, isophorone diisocyanate (IPDI), 2-butyl-2-ethylpentamethylene diisocyanate, 2-isocyanatopropylcyclohexyl isocyanate, 3 (4) isocyanatomethyl-1-methylcyclohexylisocyanate, 1,4-diisocyanato-4-methylpentane, 2,4'-methylenebis (cyclohexyl) diisocyanate and Methylcyclohexane-1,3-diisocyanate (H-TDI).
  • 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI)
  • 2,4'-diphenylmethane diisocyanate (2
  • isocyanates (b) whose NCO groups are initially identically reactive, but in which a drop in reactivity in the second NCO group can be induced by initial addition of an alcohol or amine to an NCO group.
  • isocyanates whose NCO groups are coupled via a delocalized electron system e.g. B. 1, 3- and 1, 4-phenylene diisocyanate, 1, 5-naphthylene diisocyanate, diphenyl diisocyanate, tolidine diisocyanate or 2,6-toluene diisocyanate.
  • oligoisocyanates or polyisocyanates which are obtained from the diisocyanates or polyisocyanates mentioned or mixtures thereof by urethane, allophanate, urea, biuret, uretdione, amide, isocyanurate, carbodiimide, uretonimine, oxadiazinetrione or iminooxadiazinedione structures.
  • di-, tri- or tetra-functional compounds whose functional groups have a different reactivity with respect to NCO groups.
  • Examples of the stated 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 or tris (hydroxymethyl) aminomethane. Furthermore, mixtures of the compounds mentioned can be used.
  • an AB 2 molecule is illustrated by way of example for the case of a diisocyanate with an amino diol.
  • a diisocyanate with an amino diol at low temperatures, preferably in the range between -10 to 30 0 C, implemented. In this temperature range, a virtually complete suppression of the urethane formation reaction takes place and the more reactive NCO groups of the isocyanate react exclusively with the amino group of the aminodiol.
  • the formed AB X molecule has a free NCO group and two free OH groups and can be used for the synthesis of a hyperbranched polyurethane.
  • this AB2 molecule can intermolecularly react to form a hyperbranched polyurethane.
  • the synthesis of the hyperbranched polyurethane can be carried out advantageously without prior isolation of the AB X molecule in a further reaction step at elevated temperature, preferably in the range between 30 and 80 0 C.
  • elevated temperature preferably in the range between 30 and 80 0 C.
  • the described AB 2 molecule with two OH groups and one NCO Group is a hyperbranched polymer, which per molecule has a free NCO group and - depending on the degree of polymerization - a more or less large number of OH groups.
  • the reaction can be carried out to high conversions, resulting in very high molecular structures.
  • it can also be prepared, for example, by adding suitable monofunctional compounds or by adding one of the starting compounds to the preparation. abort the AB2 molecule when reaching the desired molecular weight. Depending on the starting compound used for termination, either completely NCO-terminated or completely OH-terminated molecules are formed.
  • an AB2 molecule can also be prepared from one mole of glycerol and two moles of 2,4-TDI.
  • the primary alcohol groups and the isocyanate group react in the 4-position and an adduct is formed which has one OH group and two isocyanate groups and which can be reacted as described at higher temperatures to form a hyperbranched polyurethane.
  • the result is first a hyperbranched polymer which has a free OH group and - depending on the degree of polymerization - a more or less large number of NCO groups.
  • the preparation of the hyperbranched polyurethanes can in principle be carried out without solvents, but preferably in solution. All solvents which are liquid at the reaction temperature and inert to the monomers and polymers are suitable as solvents.
  • AB3 molecules can be obtained, for example, by reaction of diisocyanates with compounds having at least 4 isocyanate-reactive groups.
  • reaction of 2,4-tolylene diisocyanate with tris (hydroxymethyl) aminomethane may be mentioned.
  • Hyperbranched polyurethanes with chain-extended branches can be obtained, for example, by addition of a diisocyanate and a compound having two isocyanate-reactive groups in addition to the AB X molecules in the molar ratio of 1: 1 to the polymerization reaction.
  • additional AA or BB compounds may also have other functional groups, but may not be reactive to the A or B groups under the selected reaction conditions. In this way, additional functionalities can be introduced into the hyperbranched polymer.
  • the functional groups of the hyperbranched polyurethanes obtained by the synthesis reaction can, as described above, be rendered hydrophobic, hydrophilic or hydrophobic. be nationalized. Due to their reactivity, the hyperfunctional polyurethanes containing isocyanate groups are particularly suitable for re-functionalization. OH- or NH 2 -terminated polyurethanes can also be functionalized by means of suitable reaction partners.
  • Preferred groups introduced into the hyperbranched polyurethanes are -COOH, -CONH 2 , -OH, -NH 2 , -NHR, -NR 2 , -NR 3 + , -SO 3 H and their salts.
  • hydrophobized products By reacting NCO-terminated products with saturated or unsaturated aliphatic alcohols and amines, in particular with Cs-C 4 O-Al kylresten, hydrophobized products can be obtained.
  • Hydrophilic but nonionic products can be obtained by reaction of NCO-terminated polymers with polyether alcohols, such as, for example, di-, tri- or tetra- or polyethylene glycol.
  • Acid groups can be introduced, for example, by reaction with hydroxycarboxylic acids, hydroxysulfonic acids or amino acids.
  • suitable reactants are 2-hydroxyacetic acid, 4-hydroxybenzoic acid, 12-hydroxydodecanoic acid, 2-hydroxyethanesulfonic acid, glycine or alanine.
  • hyperbranched polyurethanes which have various functionalities. This can be done, for example, by reaction with a mixture of different compounds, or else by reacting only one part of the originally present functional groups, for example only a part of the OH and / or NCO groups.
  • the re-functionalization of the hyperbranched polyurethane can advantageously be carried out immediately after the polymerization reaction, without the NCO-terminated polyurethane being previously isolated.
  • the functionalization can also be done in a separate reaction.
  • the hyperbranched polyurethanes used according to the invention generally have on average at least 4 and not more than 100 functional groups.
  • the hyperbranched polyurethanes preferably have 8 to 80 and particularly preferably 8 to 50 functional groups.
  • Preferred hyperbranched polyurethanes have a weight-average molecular weight Mw of from 1000 to 500,000 g / mol, more preferably from 5000 to 200,000 g / mol, in particular from 10,000 to 100,000 g / mol.
  • Highly functional hyperbranched polyureas which are used according to the invention as demulsifiers, can be z. B. obtained by reacting one or more carbonates with one or more amines having at least two primary and / or secondary amino groups, wherein at least one amine has at least three primary and / or secondary amino groups.
  • Suitable carbonates are aliphatic, aromatic or mixed aliphatic-aromatic carbonates, preferred are aliphatic carbonates such as dialkyl carbonates with Ci-Ci2-alkyl radicals. Examples are ethylene carbonate, 1, 2 or 1, 3-propylene carbonate, diphenyl carbonate, ditolyl carbonate, dinaphthyl carbonate, ethylphenyl carbonate, dibenzyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, diisobutyl carbonate, dipentyl carbonate, dihexyl carbonate, diheptyl carbonate, dioctyl carbonate, didecyl carbonate or didodecyl carbonate , Particularly preferably used carbonates are dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate and diisobutyl carbonate.
  • the carbonates are reacted with one or more amines having at least two primary and / or secondary amino groups, wherein at least one amine has at least three primary and / or secondary amino groups.
  • Amines having two primary and / or secondary amino groups cause chain extension within the polyureas, while amines having three or more primary and / or secondary
  • Amino groups are the cause of the branching in the obtained high-functionality, hyperbranched polyureas.
  • Suitable amines having two primary or secondary amino groups which are reactive toward a carbonate or carbamate group are, for example, ethylenediamine, N-alkylethylenediamine, propylenediamine, 2,2-dimethyl-1,3-propylenediamine, N-alkylpropylenediamine, butylenediamine, N-alkylbutylenediamine, pentanediamine, Hexamethylenediamine, N-alkylhexamethylenediamine, heptanediamine, octanediamine, nonanediamine, decanediamine, dodecanediamine, hexadecanediamine, toluenediamine, xylylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodicyclohexylmethane, phenylenediamine, cyclohexylenediamine, bis (aminomethyl) cyclohexane, diaminodiphenylsul
  • the amines have two primary amino groups, such as. Ethylenediamine, propylenediamine, 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine, butylenediamine, pentanediamine, hexamethylenediamine, heptanediamine, octanediamine, nonanediamine, decanediamine, dodecanediamine, hexadecanediamine, tolylenediamine, xylylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodicyclohexylmethane, phenylenediamine, Cyclohexylenediamine, diaminodiphenylsulfone, isophoronediamine, bis (aminomethyl) cyclohexane, 2-butyl-2-ethyl-1, 5-pentamethylenediamine, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylenediamine , 2-aminopropy
  • butylenediamine pentanediamine, hexamethylenediamine, toluenediamine, xylylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodicyclohexylmethane, phenylenediamine, cyclohexylenediamine, diaminodiphenylsulfone, isophoronediamine, bis (aminomethyl) cyclohexane, amine-terminated polyoxyalkylene polyols (so-called Jeffamine) or amine-terminated polytetramethylene glycols.
  • Suitable amines having three or more relative to a carbonate or carbamate reactive primary and / or secondary amino groups are, for example, tris (aminoethyl) amine, tris (aminopropyl) amine, tris (aminohexyl) amine, trisaminohexane, 4-aminomethyl-1, 8-octamethylenediamine , Trisaminononane, bis (aminoethyl) amine, bis (aminopropyl) amine, bis (aminobutyl) amine, bis (aminopentyl) amine, bis (aminohexyl) amine, N- (2-aminoethyl) propanediamine, melamine, oligomeric diaminodiphenylmethanes , N, N'-bis (3-aminopropyl) ethylenediamine, N, N'-bis (3-aminopropyl) butanediamine,
  • Preferred amines having three or more reactive primary and / or secondary amino groups are tris (aminoethyl) amine, tris (aminopropyl) amine, tris (aminohexyl) amine, trisaminohexane, 4-aminomethyl-1,8-octamethylenediamine, trisaminononane, bis (aminoethyl) ethyl) amine, bis (aminopropyl) amine, bis (aminobutyl) amine, bis (aminopentyl) amine, bis (aminohexyl) amine, N- (2-aminoethyl) propanediamine, melamine or trifunctional or higher amine-terminated polyoxyalkylene polyols ( so-called Jeffamine).
  • amines having three or more primary amino groups such as tris (aminoethyl) amine, tris (aminopropyl) amine, tris (aminohexyl) amine, trisaminohexane, 4-aminomethyl-1,8-octamethylenediamine, trisaminononane or trifunctional or higher-functional ones Amine-terminated polyoxyalkylene polyols (so-called Jeffamines).
  • mixtures of said amines can be used.
  • both amines having two primary or secondary amino groups are used in addition to amines having three or more primary or secondary amino groups.
  • Such amine mixtures can also be characterized by the average amine functionality, with non-reactive tertiary amino groups being disregarded.
  • an equimolar mixture of a diamine and a triamine has an average functionality of 2.5.
  • such amine mixtures are implemented in which the average amine functionality of 2.1 to 10, in particular from 2.1 to 5.
  • the reaction of the carbonate with the di- or polyamine for the highly functional hyperbranched polyurea used according to the invention takes place with elimination of the alcohol or phenol bound in the carbonate. If one molecule of carbonyl reacts with two amino groups, two molecules of alcohol or phenol are eliminated and a urea group is formed. If a molecule reacts with only one amino group of carbonate, a carbamate group is formed by eliminating one molecule of alcohol or phenol.
  • the reaction of the carbonate or the carbonates with the amine or amines can be carried out in a solvent.
  • solvents can be used which are inert to the respective starting materials.
  • the reaction is carried out in bulk, ie without an inert solvent.
  • the alcohol or phenol liberated in the reaction between amine and carbonate or carbamate can be separated by distillation, if appropriate at reduced pressure, and thus removed from the reaction equilibrium. This also speeds up the implementation.
  • Suitable catalysts are generally compounds which catalyze the carbamate or urea formation, e.g. As alkali or alkaline earth metal hydroxides, alkali metal or Erdalkalihydrogen- carbonates, alkali metal or alkaline earth metal carbonates, tertiary amines, ammonium compounds, aluminum, tin, zinc, titanium, zirconium or bismuth organic compounds.
  • lithium, sodium, potassium or cesium hydroxide lithium, sodium, potassium or cesium carbonate, diazabicyclooctane (DABCO), diazabicyclononene (DBN), diazabicycloundecene (DBU), imidazoles, such as imidazole, 1-methylimidazole,
  • the addition of the catalyst is generally carried out in an amount of 50 to 10,000, preferably from 100 to 5000 ppm by weight, based on the amount of amine used.
  • the high-functionality hyperbranched polyureas thus prepared are terminated after the reaction, ie without further modification, either with amino groups or with carbamate groups. They dissolve well in polar solvents, eg. In water, alcohols, such as methanol, ethanol, butanol, alcohol / water mixtures, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, ethylene carbonate or propylene carbonate.
  • polar solvents eg. In water, alcohols, such as methanol, ethanol, butanol, alcohol / water mixtures, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, ethylene carbonate or propylene carbonate.
  • a highly functional hyperbranched polyurea within the meaning of the invention is understood as meaning a product which has urea groups and at least four, preferably at least six, in particular at least eight functional groups.
  • the number of functional groups is not limited to the top, but products having a very large number of functional groups may have undesirable properties such as high viscosity or poor solubility.
  • the high-functionality polyureas used according to the invention therefore generally have not more than 100 functional groups, preferably not more than 30 functional groups.
  • functional groups are meant primary, secondary or tertiary amino groups or carbamate groups.
  • the highly functional hyperbranched polyurea may have other functional groups that do not participate in the construction of the hyperbranched polymer (see below). These further functional groups can be introduced by di- or polyamines which, in addition to primary and secondary amino groups, also have further functional groups.
  • the polyureas used according to the invention may contain further functional groups.
  • the functionalization can be carried out during the reaction of the carbonates with the amine or amines, ie during the polycondensation reaction causing the formation of molecular weight, or else after the polycondensation reaction has ended, by subsequent functionalization of the resulting polyureas.
  • components before or during the polycondensation which, in addition to amino groups or carbamate groups, contain hydroxyl groups, Mercapto groups, tertiary amino groups, ether groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, aryl radicals or long-chain alkyl radicals.
  • Hydroxyl-containing components which may be added for functionalization include, for example, ethanolamine, N-methylethanolamine, propanolamine, isopropanolamine, butanolamine, 2-amino-1-butanol, 2- (butylamino) ethanol, 2- (cyclohexylamino) ethanol, 2 - (2 ' -Aminoethoxy) ethanol or higher alkoxylation products of ammonia, 4-hydroxypiperidine, 1-hydroxyethylpiperazine, diethanolamine, dipropanolamine, diisopropanolamine, tris (hydroxymethyl) aminomethane or tris (hydroxyethyl) aminomethane.
  • Mercapto-containing components that can be added for functionalization include, for example, cysteamine.
  • the hyperbranched polyureas z. B. functionalized by the concomitant use of N-methyldiethylenetriamine or N, N-dimethylethylenediamine.
  • Ether groups can be used to functionalize the hyperbranched polyureas by using amine-terminated polyetherols (so-called Jeffamines).
  • long-chain alkyl radicals the hyperbranched polyureas can be functionalized by the concomitant use of alkylamines or alkyl isocyanates with long-chain alkyl radicals.
  • polyureas can also be functionalized by using small amounts of monomers which have functional groups which differ from amino groups or carbamate groups. Examples which may be mentioned here are di-, tri- or higher-functional alcohols which can be incorporated into the polyurea via carbonate or carbamate functions. So can be z.
  • the abovementioned functional groups other than amine, carbonate or carbamate groups which are introduced before or during the polycondensation are generally used in amounts of from 0.1 to 80 mol%, preferably in amounts of from 1 to 50 mol%, based on the sum of the amino, carbamate and carbonate groups introduced.
  • Subsequent functionalization of amino-containing hyperfunctional hyperbranched polyureas may, for. B. can be achieved by adding acid groups, isocyanate groups, keto groups or molecules containing aldehydes or of activated double bonds, for. As acrylic double bonds, containing molecules.
  • polyisocyanuric acid-containing polyols can be ureas obtained by reaction with acrylic acid or maleic acid and derivatives thereof with optionally subsequent hydrolysis.
  • amino groups containing high-functionality hyperbranched polyureas by reaction with alkylene oxides, for.
  • alkylene oxides for.
  • ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide are converted into highly functional polyurea polyols.
  • the highly functional, hyperbranched polyureas can be made water-soluble or water-dispersible.
  • amine-terminated highly functional highly branched polyureas can be reacted with saturated or unsaturated long-chain carboxylic acids, their amine-reactive derivatives or else with aliphatic or aromatic isocyanates.
  • Carbamate-terminated polyureas can be rendered hydrophobic by reaction with long-chain alkylamines or long-chain aliphatic monoalcohols.
  • Suitable hyperbranched polyamides can be prepared by reacting a first monomer A2 having at least two functional groups A with a second monomer B3 having at least three functional groups B, wherein the functional groups A and B react with each other, and one of the monomers is an amine and the other of the monomers is a carboxylic acid or its derivative.
  • Suitable hyperbranched polyamides include hyperbranched polyamidoamines (see EP-A 802 215, US 2003/0069370 A1 and US 2002/0161 113 A1).
  • first monomer A2 may also have more than two functional groups A, it will be referred to herein as A2 for the sake of simplicity, and although the second monomer B3 may also have more than three functional groups B, it will be referred to herein as B3 for the sake of simplicity , What is important is that the functionalities of A2 and B3 differ.
  • the functional groups A and B react with each other.
  • the functional groups A and B are chosen such that A does not (or only to a negligible extent) react with A, and B does not (or only to a negligible extent) react with B. That's it one of the monomers A2 and B3 is an amine and the other of the monomers is a carboxylic acid, a derivative thereof.
  • the monomer A2 is a carboxylic acid having at least two carboxyl groups
  • the monomer B3 is an amine having at least three amino groups.
  • the monomer A2 is an amine having at least two amino groups
  • the monomer B3 is a carboxylic acid having at least three carboxyl groups.
  • Suitable carboxylic acids usually have 2 to 4, in particular 2 or 3, carboxyl groups, and an alkyl radical, aryl radical or arylalkyl radical having 1 to 30 C atoms.
  • dicarboxylic acids come z. B. into consideration: oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, decane- ⁇ , ß-dicarboxylic acid, dodecane- ⁇ , ß-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane 1, 2-dicarboxylic acid, cis- and trans -cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid and also cis- and trans- Cyclopentane-1, 3-dicarboxylic acid, wherein the dicarboxylic acids may be substituted by one or more radicals selected from Ci-Cio-alkyl groups, C3-Ci2-cyclo
  • substituted dicarboxylic acids include: 2-methylmalonic acid, 2-ethylmalonic acid, 2-phenylmalonic acid, 2-methylsuccinic acid, 2-ethylsuccinic acid, 2-phenylsuccinic acid, itaconic acid and 3,3-dimethylglutaric acid.
  • ethylenically unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid and fumaric acid and aromatic dicarboxylic acids such as phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid, are suitable.
  • Suitable tricarboxylic acids or tetracarboxylic acids are, for. Trimesic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid, butanetricarboxylic acid, naphthalene-tricarboxylic acid and cyclohexane-1,3,5-tricarboxylic acid.
  • carboxylic acids can be used either as such or in the form of derivatives.
  • derivatives are in particular
  • esters of said carboxylic acids eg. B.
  • Mono- or dialkyl esters preferably mono- or dimethyl esters or the corresponding mono- or diethyl esters, but also those of higher alcohols. len such as n-propanol, iso-propanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol, n-pentanol, n-hexanol derived mono- and dialkyl esters,
  • Succinic acid, glutaric acid, adipic acid, cyclohexanedicarboxylic acids, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid or their mono- or dimethyl esters are particularly preferably used as the carboxylic acid.
  • succinic acid and adipic acid are particularly preferably used as the carboxylic acid.
  • Suitable amines usually have 2 to 6, in particular 2 to 4, amino groups, and an alkyl radical, aryl radical or arylalkyl radical having 1 to 30 C atoms.
  • R 1 -NH-R 2 -NH-R 3 those of the formula R 1 -NH-R 2 -NH-R 3 into consideration, wherein R 1 , R 2 and R 3 are independently hydrogen or an alkyl radical, aryl or arylalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms.
  • the alkyl radical can also be cyclic, in particular linearly or in particular for R 2 .
  • Suitable diamines are, for example, ethylenediamine, the propylenediamines (1, 2-diaminopropane and 1, 3-diaminopropane), N-methylethylenediamine, piperazine, tetramethylenediamine (1, 4-diaminobutane), N, N '-dimethylethylenediamine, N-ethylethylenediamine, 1, 5-diaminopentane, 1, 3-diamino-2,2-diethylpropane, 1, 3-bis (methylamino) propane, hexamethylenediamine (1,6-diaminohexane), 1, 5-diamino-2-methylpentane, 3- Propylamino) -propylamine, N, N'-bis (3-aminopropyl) piperazine, N, N'-bis (3-aminopropyl) piperazine and isophoronediamine (IPDA).
  • IPDA isophoronediamine
  • Aminobenzylamines and aminohydrazides having two or more amino groups are also suitable.
  • amines DETA Preferably used as amines DETA or tris (2-aminoethyl) amine or mixtures thereof. It is also possible to use mixtures of several carboxylic acids or carboxylic acid derivatives or mixtures of several amines. The functionality of the various carboxylic acids or amines may be the same or different.
  • the monomer A2 is a diamine
  • the mixture B3 having an average functionality of at least 2.1.
  • a mixture of 50 mol% dicarboxylic acid and 50 mol% tricarboxylic acid has an average functionality of 2.5.
  • the monomer A2 is a dicarboxylic acid
  • the monomer B3 mixtures of diamines and triamines (or higher functional amines) may be used, the mixture B3 having an average functionality of at least 2.1.
  • This variant is particularly preferred.
  • a mixture of 50 mole% diamine and 50 mole% triamine has an average functionality of 2.5.
  • the reactivity of the functional groups A of the monomer A2 may be the same or different.
  • the reactivity of the functional groups B of the monomer B3 may be the same or different.
  • the reactivity of the two amino groups of the monomer A2 or of the three amino groups of the monomer B3 can be the same or different.
  • the carboxylic acid is the difunctional monomer A2 and the amine is the trifunctional monomer B3, d. H. Preference is given to using dicarboxylic acids, and triamines or higher-functional amines.
  • monomer A2 as a dicarboxylic acid and as monomer B3 as a triamine.
  • monomer B3 as a triamine.
  • adipic acid as monomer A2 and diethylenetriamine or tris (2-aminoethyl) amine as monomer B3.
  • the process is characterized in that a monomer C acting as a chain extender is used during or after the reaction of the monomers A2 and B3.
  • a chain lengthening monomer C are suitable for.
  • diamines or higher-functional amines that react with the carboxyl groups of various polymer branches and connect them so.
  • Isophoronediamine ethylenediamine, 1, 2-diaminopropane, 1, 3-diaminopropane, N-methylethylenediamine, piperazine, tetramethylenediamine (1, 4-diaminobutane), N, N'-dimethylethylenediamine, N-ethylethylenediamine, 1 is particularly suitable , 5-diaminopentane, 1,3-diamino-2,2-diethylpropane, 1,3-bis (methylamino) propane, hexamethylenediamine (1,6-diaminohexane), 1, 5-diamino-2-methylpentane, 3- Propylamino) -propylamine, N, N'-bis (3-aminopropyl) piperazine, N, N'-bis (3-amino-propyl) -piperazine and isophoronediamine (IPDA).
  • IPDA isophoronediamine
  • amino acids of the general formula H2N-R-COOH are suitable as chain extender C, wherein R is an organic radical.
  • the amount of chain extender C depends in the usual way on the desired gel point or the desired architecture of the macromolecule. In general, the amount of chain extender C is 0.1 to 50, preferably 0.5 to 40 and in particular 1 to 30 wt .-%, based on the sum of the monomers A2 used
  • monofunctional comonomers D are used with, which can be added before, during or after the reaction of the monomers A2 and B3. This gives a chemically modified polymer with the comonomer units and their functional groups.
  • the process is characterized in that a comonomer D having a functional group is used before, during or after the reaction of the monomers A 2 and B 3, resulting in a modified polyamide.
  • Such comonomers D are, for example, saturated or unsaturated monocarboxylic acids, including fatty acids, and their anhydrides or esters.
  • unsaturated fatty acids D are z.
  • oleic acid ricinoleic acid, linoleic acid, linolenic acid, erucic acid, fatty acids from soy, linseed, ricinus and sunflower.
  • Suitable carboxylic acid esters D are, in particular, methyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate and hydroxypropyl methacrylate.
  • Suitable comonomers D are also alcohols, including fatty alcohols. These include z. As glycerol monolaurate, glycerol monostearate, ethylene glycol monomethyl ether, the polyethylene monomethyl ether, benzyl alcohol, 1-dodecanol, 1-tetradecanol, 1-hexadecanol and unsaturated fatty alcohols.
  • Suitable comonomers D are also acrylates, in particular alkyl acrylates such as n-, iso- and tert-butyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, or hydroxyalkyl acrylates such as hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate and hydroxybutyl acrylates.
  • the acrylates can be introduced into the polymer in a particularly simple manner by Michael addition at the amino groups of the hyperbranched polyamide.
  • the polymer is to be modified.
  • the amount of the monomers D is from 0.5 to 40, preferably from 1 to 35,% by weight, based on the sum of the monomers A2 and B3 used.
  • the hyperbranched polyamide may have terminal carboxyl groups (-COOH) or terminal amino groups (-NH, -NH 2) or both.
  • the choice of the comonomer D added for functionalization depends in the usual way on the type and number of terminal groups with which D reacts. If carboxyl end groups are to be modified, preference is given to using from 0.5 to 2.5, preferably from 0.6 to 2, and particularly preferably from 0.7 to 1.5 molar equivalents of an amine, eg. Example, a mono- or diamine and in particular a triamine having primary or secondary amino groups, per one mol of carboxyl end groups.
  • amino end groups are to be modified, preference is given to using from 0.5 to 2.5, preferably from 0.6 to 2, and particularly preferably from 0.7 to 1.5 molar equivalents of a monocarboxylic acid per one mol of amino end groups.
  • amino end groups can also be reacted with said acrylates in a Michael addition, preferably 0.5 to 2.5, in particular 0.6 to 2 and particularly preferably 0.7 to 1.5 molar equivalents of an acrylate per one moles of amino end groups.
  • the number of free COOH groups (acid number) of the final product polyamide is usually 0 to 400, preferably 0 to 200 mg KOH per gram of polymer and may, for. B. be determined by titration according to DIN 53240-2.
  • the reaction of the monomers A2 with the monomers B3 is usually carried out at elevated temperature, for example 80 to 180 0 C, in particular 90 to 160 0 C. Preferably, it is carried out under inert gas, for. As nitrogen, or in vacuo, in the presence or absence of a solvent such as water, 1, 4-dioxane, dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAC). Are very suitable solvent mixtures z. B. from water and 1, 4-dioxane.
  • a solvent is not required; For example, you can submit the carboxylic acid and melt, and add the amine to the melt.
  • the water of reaction formed in the course of the polymerization (polycondensation) is removed, for example, in vacuo or removed by azeotropic distillation using suitable solvents, such as toluene.
  • the pressure is usually not critical and is z. B. 1 mbar to 100 bar absolute. If you do not use a solvent, by working under vacuum, z. B. 1 to 500 mbar, the reaction water can be removed in a simple manner.
  • the reaction time is usually 5 minutes to 48 hours, preferably 30 minutes to 24 hours and more preferably 1 hour to 10 hours.
  • the reaction of carboxylic acid and amine can be carried out in the absence or presence of catalysts.
  • Suitable catalysts are, for example, the amidation catalysts mentioned below.
  • catalysts are used, their amount is usually 1 to 5000, preferably 10 to 1000 ppm by weight, based on the sum of the monomers A2 and B 3 .
  • the mentioned chain extenders C can be added.
  • said comonomers D before, during or after the polymerization in order to chemically modify the hyperbranched polyamide.
  • the reaction of the comonomers D may, if required, be catalyzed by conventional amidation catalysts.
  • catalysts are z.
  • the reaction can be also carried enzymes catalyze, usually being at 40 to 90 0 C, preferably 50 to 85 0 C and in particular 55 to 80 0 C and in Presence of a radical inhibitor works.
  • inhibitors are z.
  • Hydroquinone, hydroquinone mono- methyl ether, phenothiazine, phenol derivatives such as 2-tert-butyl-4-methylphenol, 6-tert-butyl-2,4-dimethylphenol or N-oxyl compounds such as 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N- oxyl (hydroxy-TEMPO), 4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl (TEMPO), in amounts of from 50 to 2000 ppm by weight, based on the sum of the monomers A2 and B3 ,
  • the preparation is preferably batchwise, but can also be carried out continuously, for example in stirred tanks, tube reactors, tower reactors or other conventional reactors, which can be equipped with static or dynamic mixers and customary devices for pressure and temperature control and for working under inert gas ,
  • the final product When working without solvent is usually obtained directly the final product, which can be cleaned if necessary by conventional cleaning operations. If a solvent has been used with, this can be removed after the reaction in a conventional manner from the reaction mixture, such as by vacuum distillation.
  • the process is characterized by its great simplicity. It allows the preparation of hyperbranched polyamides in a simple one-pot reaction. The isolation or purification of intermediates or the use of protective groups for intermediates are not required. The process is economically advantageous because the monomers are commercially available and inexpensive.
  • Suitable hyperbranched polyesteramides can be z. Example, by reacting a carboxylic acid having at least two carboxyl groups with an aminoalcohol having at least one amino group and at least two hydroxyl groups produce.
  • the process is based on a carboxylic acid having at least two carboxyl groups (dicarboxylic acid, tricarboxylic acid or higher functional carboxylic acid) and an aminoalcohol (alkanolamine) having at least one amino group and at least two hydroxyl groups.
  • Suitable carboxylic acids usually have 2 to 4, in particular 2 or 3, carboxyl groups, and an alkyl radical, aryl radical or arylalkyl radical having 1 to 30 C atoms.
  • Suitable carboxylic acids are all di-, tri- and tetracarboxylic acids and derivatives thereof already mentioned in connection with the hyperbranched polyamides.
  • Succinic acid glutaric acid, adipic acid, 1, 2, 1, 3 or 1, 4-cyclohexanedicarboxylic acid, phthalic acid, isophthalic acid, Rephthalic acid or its dimethyl ester.
  • succinic acid and adipic acid Very particular preference is given to succinic acid and adipic acid.
  • Suitable amino alcohols having at least one amino group and at least two hydroxyl groups are preferably dialkanolamines and trialkanolamines.
  • dialkanolamines come z. B. those of formula 1
  • R1, R2, R3 and R4, independently of one another denote hydrogen, C 1-6 -alkyl, C 3-12 -cycloalkyl or C ⁇ -M-aryl (including arylalkyl).
  • Suitable dialkanolamines are, for. B. diethanolamine, dipropanolamine, diisopropanolamine, 2-amino-1, 3-propanediol, 3-amino-1, 2-propanediol, 2-amino-1, 3-propanediol, dibutanolamine, diisobutanolamine, bis (2- hydroxy-1-butyl) amine, bis (2-hydroxy-1-propyl) amine and dicyclohexanolamine.
  • Suitable trialkanolamines are those of the formula 2
  • R1, R2 and R3 have the meaning given in formula 1 and I, m and n are independently integers from 1 to 12.
  • m and n are independently integers from 1 to 12.
  • tris (hydroxymethyl) aminomethane is suitable.
  • the amino alcohol used is preferably diethanolamine (DEA) or diisopropanolamine (DIPA).
  • the carboxylic acid used is a dicarboxylic acid and the amino alcohol is an alcohol having one amino group and two hydroxyl groups.
  • the process can also be used to produce functionalized polyesteramides.
  • Comonomers C are used for this purpose, and these can be added before, during or after the reaction of carboxylic acid, aminoalcohol and optionally monomer M. This gives a chemically modified polymer with the comonomer units and their functional groups.
  • the process is characterized in that a comonomer C is used before, during or after the reaction of carboxylic acid, aminoalcohol and, if appropriate, monomer M, with the result that a modified polyesteramide is formed.
  • the comonomer may contain one, two or more functional groups.
  • Suitable comonomers C are the saturated and unsaturated monocarboxylic acids already mentioned in connection with the hyperbranched polyamides, also fatty acids, their anhydrides and esters, alcohols, acrylates and the already mentioned mono- or higher-functional alcohols (also diols, polyols), amines (also diamines, Triamines) and amino alcohols (alkanolamines).
  • the amount of comonomer C depends in the usual way by how much the polymer is to be modified. In general, the amount of C monomers C is 0.5 to 40, preferably 1 to 35 wt .-%, based on the sum of the monomers used carboxylic acid and aminoalcohol.
  • the number of free OH groups (hydroxyl number) of the end product polyester amide is generally from 10 to 500, preferably from 20 to 450 mg KOH per gram of polymer and can, for. B. be determined by titration according to DIN 53240-2.
  • the number of free COOH groups (acid number) of the end product polyesteramide is generally 0 to 400, preferably 0 to 200 mg KOH per gram of polymer and can likewise be determined by titration to DIN 53240-2.
  • the reaction of the carboxylic acid with the amino alcohol is generally carried out at elevated temperature, for example 80 to 250 0 C, in particular 90 to 220 0 C and particularly preferably 95 to 180 0 C. If the polymer for the purpose of modification with C monomers C and catalysts used for this purpose (see below), you can adjust the reaction temperature of the respective catalyst and usually operates at 90 to 200 0 C, preferably 100 to 190 0 C and in particular 1 10 to 180 0 C. Preference is given to working under inert gas, for. As nitrogen, or in vacuo, in the presence or absence of a solvent such as 1, 4-dioxane, dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAc).
  • a solvent such as 1, 4-dioxane, dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAc).
  • the carboxylic acid can be mixed with the aminoalcohol and, if appropriate in the presence of a catalyst, reacted at elevated temperature.
  • the water of reaction formed in the course of the polymerization (polycondensation) is removed, for example, in vacuo or removed by the use of suitable solvents, such as toluene, by azeotropic distillation.
  • the end of the reaction of carboxylic acid and aminoalcohol can often be recognized by the fact that the viscosity of the reaction mixture suddenly begins to increase rapidly. At the onset of viscosity increase, the reaction can be stopped, for example by cooling. Thereafter, the carboxyl group number in the (pre) polymer can be determined on a sample of the mixture, for example by titration of the acid number according to DIN 53402-2, and then optionally the monomer M and / or comonomer C, add and react.
  • the pressure is usually not critical and is z. B. 1 mbar to 100 bar absolute. If you do not use a solvent, by working under vacuum, z. B. 1 to 500 mbar absolute, the reaction water can be easily removed.
  • the reaction time is usually 5 minutes to 48 hours, preferably 30 minutes to 24 hours and more preferably 1 hour to 10 hours.
  • the said monomers C can be added in order to chemically modify the hyperbranched polyesteramide.
  • a catalyst can be used, which catalyzes the reaction of the carboxylic acid with the amino alcohol (esterification).
  • Suitable catalysts are acidic, preferably inorganic catalysts, organometallic catalysts or enzymes.
  • acidic inorganic catalysts examples include sulfuric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, hypophosphorous acid, aluminum sulfate hydrate, alum, acidic silica gel (pH ⁇ 6, in particular ⁇ 5) and acidic aluminum oxide.
  • aluminum compounds of the general formula Al (OR) 3 and titanates of the general formula Ti (OR) 4 can be used as acidic inorganic catalysts.
  • Preferred acidic organometallic catalysts are, for example, selected from dialkyltin oxides R2SnO, where R is as defined above.
  • a particularly preferred representative of acidic organometallic catalysts is di-n-butyltin oxide, which is commercially available as so-called oxo-tin. Suitable examples are Fascat® 4201, a di-n-butyltin oxide from Fa. Atofina.
  • Preferred acidic organic catalysts are acidic organic compounds with, for example, phosphate groups, sulfonic acid groups, sulfate groups or phosphonic acid groups. Particularly preferred are sulfonic acids such as para-toluenesulfonic acid. It is also possible to use acidic ion exchangers as acidic organic catalysts, for example polystyrene resins containing sulfonic acid groups, which are crosslinked with about 2 mol% of divinylbenzene.
  • a catalyst is used, its amount is usually 1 to 5,000 and preferably 10 to 1,000 ppm by weight, based on the sum of carboxylic acid and amino alcohol.
  • reaction of the comonomers C can also be catalysed by the above-mentioned amidation catalysts, which is usually at 40 to 90 0 C, preferably 50 to 85 0 C and especially 55 to 80 0 C and in the presence of a radical inhibitor works.
  • the process may preferably be carried out batchwise, but also continuously, for example in stirred tanks, tubular reactors, tower reactors or other conventional reactors, which may be equipped with static or dynamic mixers, and conventional pressure and temperature control devices and with inert gas.
  • the final product When working without solvent is usually obtained directly the final product, which can be cleaned if necessary by conventional cleaning operations. If a solvent was also used, this can be removed from the reaction mixture in a customary manner after the reaction, for example by vacuum distillation.
  • the hyperbranched polymers described above may additionally be subjected to a polymer-analogous reaction. This makes it possible, under certain circumstances, to adapt their properties even better to use in different dispersions.
  • functional groups originally present in the polymer eg A or B groups
  • the resulting polymers have at least one new functionality.
  • the polymer-analogous reaction of the hyperbranched polymers can take place during the preparation of the polymers, immediately after the polymerization reaction or in a separate reaction step. If, before or during the polymer synthesis, components are added which have further functional groups in addition to A and B groups, the result is a hyperbranched polymer in which these further functional groups are substantially randomly distributed.
  • Compounds used for re-functionalization may contain, on the one hand, the desired functional group to be introduced and a second group which is capable of reacting with the B groups of the hyperbranched polymer used as the starting material to form a bond.
  • a second group which is capable of reacting with the B groups of the hyperbranched polymer used as the starting material to form a bond.
  • An example of this is the reaction of an isocyanate group with a hydroxycarboxylic acid or an aminocarboxylic acid to form an acid functionality or the reaction of an OH group with acrylic anhydride to form a reactive acrylic double bond.
  • Suitable functional groups which can be introduced by means of suitable reactants include, in particular, acidic or basic groups containing H atoms, and derivatives thereof, such as -OC (O) OR, -COOH, -COOR, -CONHR, -CONH 2 , -OH, -SH, -NH 2, -NHR, -NR 2, -SO 3 H, - SO 3 R, -NHCOOR, -NHCONH 2, -NHCONHR, etc.
  • ionizable functional group-pen with the aid of suitable Acids or bases are converted into the corresponding salts.
  • primary, secondary or tertiary amino groups also a quaternization, z. With alkyl halides or dialkyl sulfates. In this way, for example, water-soluble or water-dispersible hyperbranched polymers can be obtained.
  • the radicals R of the said groups are preferably straight-chain or branched, unsubstituted or substituted alkyl radicals.
  • they are C 1 -C 30 -alkyl radicals or C 6 -C 14 -aryl radicals.
  • hydrophilic and hydrophobic moieties are in a specific relationship to one another.
  • a hydrophobing of a hyperbranched polymer can, for. Example, by using monofunctional hydrophobic compounds are modified with the existing reactive groups before, during or after the polymerization.
  • the polymers of the invention z. B. be rendered hydrophobic by reaction with monofunctional, saturated or unsaturated aliphatic or aromatic amines, alcohols, carboxylic acids, epoxides or isocyanates.
  • di- or higher functional, hydrophobic group-containing monomers can be polymerized during the molecular weight build-up.
  • difunctional or higher-functional alcohols di- or higher-functional alcohols can be used for this purpose.
  • Such monomers are alcohols, such as glycerol monostearate, glycerol monooleate, hexanediol, octanediol, decanediol, dodecanediol, octadecanediol, dimer fatty alcohols, amines, such as hexamethylenediamine, octanediamine, dodecanediamine, isocyanates, such as aromatic or aliphatic di- and polyisocyanates, eg.
  • alcohols such as glycerol monostearate, glycerol monooleate, hexanediol, octanediol, decanediol, dodecanediol, octadecanediol, dimer fatty alcohols, amines, such as hexamethylenediamine, octanediamine, dodecanediamine
  • Diphenylmethane diisocyanate and its higher oligomeric species Diphenylmethane diisocyanate and its higher oligomeric species, tolylene diisocyanate, naphthylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate trimers, isophorone diisocyanate, bis (diisocyanatocyclohexyl) methane or bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, acids such as adipic acid, octanedioic acid, dodecanedi acid, octadecanedioic acid or dimer fatty acids.
  • the hyperbranched polymers used according to the invention can be hydrophilized. These can z. As hydroxyl groups and / or primary or secondary amino groups containing hyperbranched polymers by reaction with Alky- lenoxiden, z. For example, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or mixtures thereof, be converted into highly functional polymer polyols. Preferably, ethylene oxide is used for the alkoxylation. As a further option, however, di- or higher-functional alkylene oxide alcohols or alkylene oxide amines can also be used as synthesis components in the preparation of the hyperbranched polymers.
  • hyperbranched polymers which have various functionalities. This can be done, for example, by reaction with a mixture of different compounds for re-functionalization, or also by reacting only a part of the originally present functional groups.
  • mixed functional compounds can be produced by using ABC or AB2C type monomers for the polymerization, where C represents a functional group which is unreactive with A or B under the chosen reaction conditions.
  • At least one ethylenically unsaturated monomer (M) is used to prepare the polymer dispersion PD).
  • the monomer (M) is ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated monomers, which in the context of the invention are understood to mean monomers having a terminal double bond.
  • the monomer (M) is preferably selected from esters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acid.
  • Suitable esters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 1 -C 20 -alkanols are methyl (meth) acrylate, methyl methacrylate, ethyl (meth) acrylate, ethyl methacrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n Butyl (meth) acrylate, sec-butyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, tert-butyl methacrylate, n-hexyl (meth) acrylate, n-heptyl (meth) acrylate, n-octyl ( meth) acrylate, 1,1,3,3-tetramethylbutyl (meth) acrylate, ethylhexyl (meth) acrylate, n-nonyl
  • Preferred vinyl aromatic compounds are styrene, 2-methylstyrene, 4-methylstyrene, 2- (n-butyl) styrene, 4- (n-butyl) styrene, 4- (n-decyl) styrene and particularly preferably styrene.
  • Suitable esters of vinyl alcohol with Ci-C3o-monocarboxylic acids are, for. Vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl propionate, vinyl versatate and mixtures thereof.
  • Suitable ethylenically unsaturated nitriles are acrylonitrile, methacrylonitrile and mixtures thereof.
  • Suitable vinyl halides and vinylidene halides are vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride and mixtures thereof.
  • Suitable ethylenically unsaturated carboxylic acids and sulfonic acids or their derivatives are acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, ⁇ -chloroacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, citraconic acid, mesaconic acid, glutaconic acid, aconitic acid, fumaric acid, the half esters of monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids with 4 to 10, preferably 4 to 6 C atoms, for.
  • maleic acid monomethyl ester vinylsulfonic acid, allylsulfonic acid, sulfoethyl acrylate, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl acrylate, sulfopropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-acryloxypropylsulfonic acid, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonic acid, styrenesulfonic acids and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid.
  • Suitable styrenesulfonic acids and derivatives thereof are styrene-4-sulfonic acid and styrene-3-sulfonic acid and the alkaline earth or alkali metal salts thereof, e.g. Sodium styrene-3-sulfonate and sodium styrene-4-sulfonate. Particularly preferred are acrylic acid, methacrylic acid and mixtures thereof.
  • Examples of phosphorus-containing monomers are e.g. Vinylphosphonic acid and allylphosphonic acid. Also suitable are the mono- and diesters of phosphonic acid and phosphoric acid with hydroxyalkyl (meth) acrylates, especially the monoesters. Also suitable are diesters of phosphonic acid and phosphoric acid which are readily alkylated with a hydroxyalkyl (meth) and additionally simply with a different alcohol, eg. As an alkanol, are esterified. Suitable hydroxyalkyl (meth) acrylates for these esters are those mentioned below as separate monomers, in particular 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate,
  • phosphoalkyl crotonates C (H, CH 3 ) COO (
  • Suitable esters of ⁇ , ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 2 -C 3o-alkanediols are, for. 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxybutyl acrylate, 3-hydroxybutyl methacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 4-hydroxybutyl methacrylate, 6-hydroxyhexyl acrylate, 6-hydroxyhexyl methacrylate, 3-hydroxy-2-ethylhexyl acrylate, 3-hydroxy-2-ethylhexyl methacrylate, etc.
  • Suitable primary amides of ⁇ , ß-ethylenically unsaturated monocarboxylic acids and their N-alkyl and N, N-dialkyl derivatives are acrylic acid amide, methacrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, N-propyl (meth) acrylamide , N- (n-butyl) (meth) acrylamide, N- (tert-butyl) (meth) acrylamide, N- (n-octyl) (meth) acrylamide, N- (1,1,3,3-tetramethylbutyl ) (meth) acrylamide, N-ethylhexyl (meth) acrylamide, N- (n-nonyl) (meth) acrylamide, N- (n-decyl) (meth) acrylamide,
  • N-vinyl lactams and derivatives thereof are, for. N-vinylpyrrolidone, N-vinylpiperidone, N-vinylcaprolactam, N-vinyl-5-methyl-2-pyrrolidone, N-vinyl-5-ethyl-2-pyrrolidone, N-vinyl-6-methyl-2-piperidone, N-vinyl-6-ethyl-2-piperidone, N-vinyl-7-methyl-2-caprolactam, N-vinyl-7-ethyl-2-caprolactam, etc.
  • Suitable open-chain N-vinyl amide compounds are, for example, N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide, N-vinyl-N-ethylacetamide, N-vinylpropionamide, N-vinyl-N-methylpropionamide and N-vinylbutyramide.
  • Suitable esters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with amino alcohols are N, N-dimethylaminomethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminopropyl (meth) acrylate and N, N-dimethylaminocyclohexyl (meth) acrylate.
  • Suitable amides of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with diamines which have at least one primary or secondary amino group are N- [2- (dimethylamino) ethyl] acrylamide, N- [2- (dimethylamino) ethyl] methacrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] acrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] methacrylamide, N- [4- (dimethylamino) butyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) butyl] methacrylamide, N- [2- (diethylamino) ethyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) cyclohexyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) cyclohexyl] methacrylamide, etc.
  • Suitable monomers M) are furthermore N, N-diallylamines and N, N-diallyl-N-alkylamines and their acid addition salts and quaternization products.
  • Alkyl is preferably Ci-C24-alkyl. Preference is given to N, N-diallyl-N-methylamine and N, N-diallyl-N, N-dimethylammonium compounds, such as. As the chlorides and bromides.
  • Suitable monomers M) are also vinyl- and allyl-substituted nitrogen heterocycles, such as N-vinylimidazole, N-vinyl-2-methylimidazole, vinyl- and allyl-substituted heteroaromatic compounds, such as 2- and 4-vinylpyridine, 2- and 4-allylpyridine, and the salts thereof.
  • Suitable C 2 -C 8 -monoolefins and non-aromatic hydrocarbons having at least two conjugated double bonds are, for example, ethylene, propylene, isobutylene, isoprene, butadiene, etc.
  • Suitable polyether (meth) acrylates are compounds of the general formula (A)
  • H 2 C C - CY (CH 2 CH 2 O) k (CH 2 CH (CH 3 ) O), Ra
  • k and I independently of one another represent an integer from 0 to 100, the sum of k and I being at least 3,
  • R a is hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, C 5 -C 8 -cycloalkyl, Ce-Cu-aryl or (C 6 -C 4 ) -aryl (C 1 -C 4 ) -alkyl,
  • R b is hydrogen or C 1 -C 8 -alkyl
  • Y is O or NR C , wherein R c is hydrogen, C 1 -C 8 -alkyl or C 5 -C 8 -cycloalkyl.
  • R c is hydrogen, C 1 -C 8 -alkyl or C 5 -C 8 -cycloalkyl.
  • k is an integer from 1 to 100, particularly preferably 3 to 50, in particular 4 to 25.
  • I is an integer from 0 to 100, more preferably 3 to 50, in particular 4 to 25.
  • the sum of k and I is preferably 3 to 200, especially 4 to 100.
  • R a in the formula (A) is hydrogen or C 1 -C 6 -alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, n-pentyl, n-hexyl, octyl, 2 Ethylhexyl, decyl, lauryl, palmityl or stearyl and benzyl.
  • R b is preferably hydrogen or C 1 -C 6 -alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl or n-hexyl, in particular for hydrogen, Methyl or ethyl.
  • R b is particularly preferably hydrogen or methyl.
  • Y in the formula (A) is O or NH, especially O.
  • At least one polyether (meth) acrylate is used in the free-radical emulsion polymerization for the preparation of PD). This is preferably used in an amount of up to 25 wt .-%, preferably up to 20 wt .-%, based on the total weight of the monomers M). It is particularly preferable to use 0.1 to 20% by weight, preferably 1 to 15% by weight, of at least one polyether (meth) acrylate for the emulsion polymerization. Suitable polyether (meth) acrylates are, for.
  • Suitable polyetherols can be readily prepared by reacting ethylene oxide, 1,2-propylene oxide and / or epichlorohydrin with a starter molecule such as water or a short-chain alcohol R a -OH.
  • the alkylene oxides can be used individually, alternately successively or as a mixture.
  • the polyether acrylates can be used alone or in mixtures for the preparation of the emulsion polymers used according to the invention.
  • the polymer dispersion PD) preferably contains at least one polyether (meth) acrylate in copolymerized form, which is selected from compounds of the general formulas I or II or mixtures thereof R b O
  • H 2 C CC O (CH 2 CH 2 O) n - Ra
  • H 2 C C - CO (CH 2 CH (CH 3 ) O) n - R a
  • n is an integer from 3 to 15, preferably 4 to 12,
  • R a is hydrogen, C 1 -C 20 -alkyl, C 5 -C 8 -cycloalkyl or Ce-Cu-aryl,
  • R b is hydrogen or methyl.
  • Suitable polyether (meth) acrylates are commercially available, for. In the form of various Bisomer® products from Laporte Performance Chemicals, UK. This includes z. Bisomer® MPEG 350 MA, a methoxypolyethylene glycol monomethacrylate.
  • At least one urea group-containing monomer is used in the free-radical emulsion polymerization for the preparation of PD). This is preferably used in an amount of up to 25% by weight, preferably up to 20% by weight, based on the total weight of the monomers M). With particular preference, 0.1 to 20% by weight, in particular 1 to 15% by weight, of at least one urea group-containing monomer is used for the emulsion polymerization.
  • Suitable urea group-containing monomers are, for. N-vinyl or N-allyl urea or derivatives of imidazolidin-2-one.
  • Preferred urea group-containing monomers are
  • N- (2-Acryloxyethyl) imidazolidin-2-one and N- (2-methacryloxyethyl) imidazolidin-2-one Particularly preferred is N- (2-methacryloxyethyl) imidazolidin-2-one (2-ureidomethacrylate, UMA).
  • the abovementioned monomers M) can be used individually, in the form of mixtures within a monomer class or in the form of mixtures of different monomer classes.
  • At least 40% by weight, more preferably at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight, based on the total weight of the monomers M), of at least one monomer M1) which is selected from esters ⁇ are preferably used for the emulsion polymerization , .beta.-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 1 -C 20 -alkanols, vinylaromatics, esters of vinyl alcohol with C 1 -C 30 -monocarboxylic acids, ethylenically unsaturated nitriles, vinyl halides, vinylidene halides and mixtures thereof (main monomers).
  • the monomers M1) in an amount of up to 99.9 wt .-%, particularly preferably up to 99.5 wt .-%, in particular up to 99 wt .-%, based on the total weight of the monomers M), used for emulsion polymerization.
  • the main monomers M1) are preferably selected from methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, sec-butyl (meth) acrylate tert-butyl (meth) acrylate, n-pentyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, n-heptyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, Styrene, 2-methylstyrene, vinyl acetate, acrylonitrile, methacrylonitrile and mixtures thereof.
  • At least one further monomer M2) which is generally present to a lesser extent (secondary monomer), can be used.
  • at least one monomer M2) which is selected are used for the emulsion polymerization among ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids and the anhydrides and semiesters of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids, ethylenically unsaturated sulfonic acids, (meth) acrylamides, C 1 -C 10 -hydroxyalkyl (meth) acrylates, C 1 -C 10 -hydroxyalkyl (meth) acrylamides and mixtures thereof.
  • the monomers M2) if present, in an amount of at least 0.01 wt .-%, more preferably at least 0.05 wt .-%, in particular at least 0.1 wt .-%, especially at least 0.5 wt .-%, more particularly at least 1 wt .-%, based on the total weight of the monomers M), used for emulsion polymerization.
  • the monomers M2) comprise at least one monomer bearing acid groups, which is preferably selected from monoethylenically unsaturated Cs-Cs-monocarboxylic acids, monoethylenically unsaturated. C4-C8 dicarboxylic acids, their anhydrides and half-esters, monoethylenically unsaturated sulfonic acids and mixtures thereof.
  • the proportion of acid group-carrying monomers M2) (if present) is preferably from 0.05 to 15% by weight, particularly preferably from 0.1 to 10% by weight, based on the total weight of the monomers M).
  • the monomers M2) comprise in a second embodiment at least one neutral monoethylenically unsaturated monomer, which is preferably selected from amides of monoethylenically unsaturated Cs-Cs monocarboxylic acids, hydroxy-C 2 -C 4 -alkyl esters of monoethylenically unsaturated Cs-Cs monocarboxylic acids and mixtures thereof.
  • the proportion of neutral monomers M2) (if present) is preferably 0.01 to 15 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 10 wt .-%, based on the total weight of the monomers M).
  • the monomers M2) comprise a mixture of at least one acid group-carrying monomer and at least one neutral monoethylenically unsaturated monomer.
  • the sum of these monomers M2) is preferably 0.1 to 20 wt .-%, particularly preferably 0.5 to 15 wt .-%, based on the total weight of the monomers M).
  • the monomers M2) are specifically selected from acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, maleic anhydride, acrylic acid amide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethylacrylamide, 2-hydroxyethylmethacrylamide, and mixtures thereof.
  • Particularly suitable monomer combinations of main monomers M1) for the process according to the invention are, for example:
  • n-butyl acrylate methyl methacrylate; n-butyl acrylate, styrene; n-butyl acrylate, methyl methacrylate, styrene; n-butyl acrylate, ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate; n-butyl acrylate, ethylhexyl acrylate, styrene;
  • main monomers M1 can be combined with particularly suitable monomers M2), which are preferably selected from acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide and mixtures thereof.
  • At least one crosslinker can be used.
  • Monomers having a crosslinking function are compounds having at least two polymerizable, ethylenically unsaturated, non-conjugated double bonds in the molecule.
  • a networking can also z.
  • a networking can also z. For example, by functional groups which can enter into a chemical crosslinking reaction with complementary functional groups. In this case, the complementary groups can both be bound to the emulsion polymer for crosslinking, a crosslinker can be used, which is capable of being able to enter into a chemical crosslinking reaction with functional groups of the emulsion polymer.
  • Suitable crosslinkers are z. As acrylic esters, methacrylic esters, allyl ethers or vinyl ethers of at least dihydric alcohols. The OH groups of the underlying alcohols may be completely or partially etherified or esterified; however, the crosslinkers contain at least two ethylenically unsaturated groups.
  • Examples of the underlying alcohols are dihydric alcohols such as 1, 2-ethanediol, 1, 2-propanediol, 1, 3-propanediol, 1, 2-butanediol, 1, 3-butanediol, 2,3-butanediol, 1, 4-butanediol , But-2-ene-1, 4-diol, 1, 2-pentanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 2-hexanediol, 1, 6-hexanediol, 1, 10-decanediol, 1, 2-dodecanediol, 1 , 12-dodecanediol, neopentyl glycol, 3-methylpentane-1, 5-diol, 2,5-dimethyl-1,3-hexanediol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 1,2-cyclohexanediol
  • ethylene oxide or propylene oxide In addition to the homopolymers of ethylene oxide or propylene oxide and block copolymers of ethylene oxide or propylene oxide or copolymers containing incorporated incorporated ethylene oxide and propylene oxide groups.
  • underlying alcohols having more than two OH groups are trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, 1, 2,5-pentanetriol, 1, 2,6-hexanetriol, cyanuric acid, sorbitan, sugars such as sucrose, glucose, mannose.
  • the polyhydric alcohols can also be used after reaction with ethylene oxide or propylene oxide as the corresponding ethoxylates or propoxylates.
  • the polyhydric alcohols can also be first converted by reaction with epichlorohydrin in the corresponding glycidyl ether.
  • crosslinkers are the vinyl esters or the esters of monohydric, unsaturated alcohols with ethylenically unsaturated Cs-C ⁇ -carboxylic acids, for example acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid or fumaric acid.
  • examples of such alcohols are allyl alcohol, 1-buten-3-ol, 5-hexen-1-ol, 1-octene-3-ol,
  • crosslinkers are esters of unsaturated carboxylic acids with the polyhydric alcohols described above, for example oleic acid, crotonic acid, cinnamic acid or 10-undecenoic acid.
  • crosslinking agents are straight-chain or branched, linear or cyclic, aliphatic or aromatic hydrocarbons which have at least two double bonds which must not be conjugated in aliphatic hydrocarbons, eg. B. divinylbenzene, divinyltoluene, 1, 7-octadiene, 1, 9-decadiene, 4-vinyl-1-cyclohexene, trivinylcyclohexane or polybutadienes having molecular weights of 200 to 20,000.
  • crosslinking agents are the acrylic acid amides, methacrylic acid amides and N-allylamines of at least divalent amines.
  • Such amines are for. B. 1, 2-diaminoethane, 1, 3-diaminopropane, 1, 4-diaminobutane, 1, 6-diaminohexane, 1, 12-dodecanediamine, piperazine, diethylenetriamine or isophoronediamine.
  • amides of allylamine and unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, or at least dibasic carboxylic acids, as described above.
  • triallylamine and Triallylmonoalkylammoniumsalze, z As triallylmethylammonium chloride or methyl sulfate, suitable as a crosslinker.
  • N-vinyl compounds of urea derivatives at least divalent amides, cyanurates or urethanes, for example of urea, ethylene urea, propylene urea or tartaramide, for. N, N'-divinylethyleneurea or N, N'-divinylpropyleneurea.
  • crosslinkers are divinyldioxane, tetraallylsilane or tetravinylsilane.
  • the crosslinking monomers also include those which, in addition to an ethylenically unsaturated double bond, a reactive functional group, eg. Example, an aldehyde group, a keto group or an oxirane group, which can react with an added crosslinker.
  • a reactive functional group eg. Example, an aldehyde group, a keto group or an oxirane group, which can react with an added crosslinker.
  • the functional groups are keto or aldehyde groups.
  • the keto or aldehyde groups are preferably obtained by copolymerization of copolymerisable, ethylenically unsaturated bonded compounds with keto or aldehyde groups bonded to the polymer.
  • Suitable such compounds are acrolein, methacrolein, vinyl alkyl ketones having 1 to 20, preferably 1 to 10 carbon atoms in the alkyl radical, formylstyrene, (meth) acrylic acid alkyl esters having one or two keto or aldehyde, or an aldehyde and a keto group in Alkyl radical, wherein the alkyl radical preferably comprises a total of 3 to 10 carbon atoms, for.
  • B. (meth) acryloxyalkylpropanale, as described in DE-A-2722097.
  • N-oxoalkyl (meth) acrylamides as described, for.
  • the crosslinkers are preferably a compound having at least 2 functional groups, in particular 2 to 5 functional groups, which can undergo a crosslinking reaction with the functional groups of the polymer, especially the keto or aldehyde groups.
  • functional groups of the polymer especially the keto or aldehyde groups.
  • these include z.
  • hydrazide, hydroxylamine or oxime ether or amino groups as functional groups for the crosslinking of the keto or aldehyde groups.
  • Suitable compounds with hydrazide groups are, for. B.
  • hydrazide compounds having a molecular weight of up to 500 g / mol.
  • Particularly preferred hydrazide compounds are dicarboxylic acid dihydrazides having preferably 2 to 10 C atoms. These include z.
  • adipic dihydrazide, sebacic dihydrazide and isophthalic dihydrazide are Suitable compounds with hydroxylamine or oxime ether groups are, for. As mentioned in WO 93/25588.
  • a surface crosslinking can be additionally produced.
  • the crosslinking component is preferably used in an amount of 0.0005 to 5 wt .-%, preferably 0.001 to 2.5 wt .-%, in particular 0.01 to 1, 5 wt .-%, based on the total weight of the polymerization used monomers (including the crosslinker) used.
  • at least 98% by weight, particularly preferably at least 99% by weight, in particular at least 99.5% by weight, especially 100% by weight, of monoethylenically unsaturated compounds, based on the total weight are used for the emulsion polymerization the compounds capable of polymerization used.
  • a special embodiment are polymer dispersions (PD) which contain no crosslinker in copolymerized form.
  • the radical polymerization of the monomer mixture M) can be carried out in the presence of at least one regulator.
  • Regulators are preferably used in an amount of 0.0005 to 5 wt .-%, particularly preferably from 0.001 to 2.5 wt .-% and in particular from 0.01 to 1, 5 wt .-%, based on the total weight of the Polymerization used monomers used.
  • Regulators are generally compounds with high transfer constants. Regulators accelerate chain transfer reactions and thus cause a reduction in the degree of polymerization of the resulting polymers without affecting the gross reaction rate. In the case of the regulators, one can distinguish between mono-, bi- or polyfunctional regulators depending on the number of functional groups in the molecule which can lead to one or more chain transfer reactions. Suitable regulators are described in detail, for example, by K.C. Berger and G. Brandrup in J. Brandrup, E.H. Immergut, Polymer Handbook, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York, 1989, pp. 11-81-11 / 141.
  • Suitable regulators are, for example, aldehydes, such as formaldehyde, acetaldehyde, propionic aldehyde, n-butyraldehyde, isobutyraldehyde.
  • regulators formic acid, its salts or esters, such as ammonium formate, 2,5-diphenyl-1-hexene, hydroxylammonium sulfate, and hydroxylammonium phosphate.
  • halogen compounds for example, alkyl halides, such as carbon tetrachloride, chloroform, bromotrichloromethane, bromoform, allyl bromide and benzyl compounds, such as benzyl chloride or benzyl bromide.
  • alkyl halides such as carbon tetrachloride, chloroform, bromotrichloromethane, bromoform, allyl bromide
  • benzyl compounds such as benzyl chloride or benzyl bromide.
  • Suitable regulators are allyl compounds, such as. Allyl alcohol, functionalized allyl ethers such as allyl ethoxylates, alkyl allyl ethers, or glycerol monoallyl ethers.
  • Compounds of this type are, for example, inorganic hydrogen sulfites, disulfites and dithionites or organic sulfides, disulfides, polysulfides, sulfoxides and sulfones. These include di-n-butyl sulfide, di-n-octyl sulfide, diphenyl sulfide, thiodiglycol, ethylthioethanol, diisopropyl disulfide, di-n-butyl disulfide, di-n-hexyl disulfide, diacetyl disulfide, diethanol sulfide, di-t-butyl trisulfide, dimethyl sulfoxide, dialkyl sulfide, Dialkyl disulfide and / or diaryl sulfide.
  • polymerization regulators are thiols (compounds which contain sulfur in the form of SH groups, also referred to as mercaptans).
  • Preferred regulators are mono-, bi- and polyfunctional mercaptans, mercaptoalcohols and / or mercaptocarboxylic acids.
  • Examples of these compounds are allyl thioglycolates, ethyl thioglycolate, cysteine, 2-mercaptoethanol, 1, 3-mercaptopropanol, 3-mercaptopropane-1, 2-diol, 1, 4-mercaptobutanol, mercaptoacetic acid, 3-mercaptopropionic acid, mercaptosuccinic acid, thioglycerol, thioacetic acid, thio urea and Al kyl mercaptans such as n-butylmercaptan, n-hexylmercaptan or n-dodecylmercaptan.
  • bifunctional regulators containing two sulfur atoms in bonded form are bifunctional thiols such as. As dimercaptopropanesulfonic acid (sodium salt), dimercaptosuccinic acid, dimercapto-1-propanol, dimercaptoethane, dimercaptopropan, dimercaptobutane, dimercaptopentane, dimercaptohexane, ethylene glycol bis-thioglycolate and butanediol-bis-thioglycolate.
  • polyfunctional regulators are compounds containing more than two sulfur in bound form. Examples of these are trifunctional and / or tetrafunctional mercaptans.
  • controllers can be used individually or in combination with each other.
  • a specific embodiment relates to polymer dispersions PD, which are prepared by free-radical emulsion polymerization without the addition of a regulator.
  • the monomers can be polymerized with the aid of free-radical initiators.
  • the peroxo and / or azo compounds customary for this purpose can be used, for example alkali metal or ammonium peroxydisulfates, diacetyl peroxide, dibenzoyl peroxide, succinyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, tert-butyl perbenzoate, tert.
  • the redox initiator systems consist of at least one mostly inorganic reducing agent and one inorganic or organic oxidizing agent.
  • the oxidation component is z. B. to the above-mentioned initiators for emulsion polymerization.
  • In the reduction com- components are, for. B. to alkali metal salts of sulfurous acid, such as.
  • the red-ox initiator systems can be used with the concomitant use of soluble metal compounds whose metallic component can occur in multiple valence states. Usual Red Ox initiator systems are z.
  • the amount of initiators is generally 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt .-%, based on all monomers to be polymerized. It is also possible to use a plurality of different initiators in the emulsion polymerization.
  • the preparation of the polymer dispersion PD) is usually carried out in the presence of at least one surface-active compound.
  • a detailed description of suitable protective colloids can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular Materials, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961,
  • Suitable emulsifiers can also be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume 14/1, Macromolecular Materials, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, pages 192 to 208.
  • Suitable emulsifiers are both anionic, cationic and nonionic emulsifiers.
  • Emulsifiers whose relative molecular weights are usually below those of protective colloids are preferably used as surface-active substances. In particular, it has proven useful to use exclusively anionic emulsifiers or a combination of at least one anionic emulsifier and at least one nonionic emulsifier.
  • Useful nonionic emulsifiers are araliphatic or aliphatic nonionic emulsifiers, examples being ethoxylated mono-, di- and trialkylphenols (EO units: 3 to 50, alkyl radical: C 4 -C 0), ethoxylates of long-chain alcohols (EO units: 3 to 100, alkyl radical : Cs-Cs ⁇ ) and polyethylene oxide / polypropylene oxide homo- and copolymers. These may contain randomly distributed alkylene oxide or polymerized in the form of blocks. Well suited z. B. EO / PO block copolymers.
  • Ethoxylates of long-chain alkanols (alkyl C1-C30, average degree of ethoxylation from 5 to 100), and including particularly preferably those are preferably 0 alkyl radical and a mean degree of ethoxylation of 10 to 50, and ethoxylated monoalkylphenols having a linear Ci2-C2.
  • Suitable anionic emulsifiers are for example alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (alkyl: C8-C22), nole of sulfuric monoesters of ethoxylated alkali (EO degree: from 2 to 50, alkyl radical: Ci2-Ci8) and ethoxylated alkylphenols (EO units: 3 to 50, alkyl radical: C4-C9), of alkylsulfonic acids (alkyl radical: C12-C18) and of alkylarylsulfonic acids (alkyl radical: Cg-Cis).
  • alkyl sulfates alkyl: C8-C22
  • nole of sulfuric monoesters of ethoxylated alkali EO degree: from 2 to 50, alkyl radical: Ci2-Ci8 and ethoxylated alkylphenols (EO units: 3 to 50, alkyl radical: C4-C9)
  • alkylsulfonic acids al
  • emulsifiers can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular Materials, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961, pp. 192-208).
  • anionic emulsifiers are bis (phenylsulfonic acid) ethers or their alkali metal or ammonium salts which carry a C 4 -C 24 -alkyl group on one or both aromatic rings. These compounds are well known, for. From US-A-4,269,749, and commercially available, for example as Dowfax® 2A1 (Dow Chemical Company).
  • Suitable cationic emulsifiers are preferably quaternary ammonium halides, e.g. Trimethylcetylammonium chloride, methyltrioctylammonium chloride, benzyltriethylammonium chloride or quaternary compounds of N-C6-C20-alkylpyridines, -morpholines or -imidazoles, e.g. B. N-Laurylpyridinium chloride.
  • quaternary ammonium halides e.g. Trimethylcetylammonium chloride, methyltrioctylammonium chloride, benzyltriethylammonium chloride or quaternary compounds of N-C6-C20-alkylpyridines, -morpholines or -imidazoles, e.g. B. N-Laurylpyridinium chloride.
  • the amount of emulsifier is generally about 0.01 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt .-%, based on the amount of monomers to be polymerized.
  • the polymer dispersions (PD) can also be added to customary auxiliaries and additives.
  • auxiliaries and additives include, for example, the pH-adjusting substances, reduction and bleaching agents, such as.
  • the alkali metal salts of hydroxymethanesulfinic acid eg Rongalit.RTM. C from BASF Aktiengesellschaft
  • complexing agents eg. Rongalit.RTM. C from BASF Aktiengesellschaft
  • deodorants eg. B. Glycerin
  • methanol ethanol
  • tert-butanol glycol
  • the polymerization is generally carried out at temperatures in a range from 0 to 150 0 C, preferably 20 to 100 0 C, more preferably 30 to 95 0 C.
  • the polymerization is preferably carried out at atmospheric pressure, but is also possible a polymerization under elevated pressure, for example the autogenous pressure of the components used for the polymerization.
  • the polymerization takes place in the presence of at least one inert gas, such as. As nitrogen or argon.
  • the polymerization medium may consist of water only, as well as of mixtures of water and thus miscible liquids such as methanol. Preferably, only water is used.
  • the emulsion polymerization can be carried out both as a batch process and in the form of a feed process, including a stepwise or gradient procedure. Preference is given to the feed process in which a part of the polymerization batch or else a polymer seed is introduced, to which Polymerisation temperature heated, polymerized and then the remainder of the polymerization, usually via a plurality of spatially separate feeds, one or more of the monomers in pure or in emulsified form, continuously, stepwise or by superimposing a concentration gradient while maintaining the polymerization of the polymerization zone supplies.
  • seed polymer is understood by the person skilled in the art to mean a finely divided polymer in the form of an aqueous polymer dispersion.
  • the weight average particle size of seed polymers (weight average, d.sub.50) is typically below 200 nm, often in the range of 10 to 150 nm.
  • the monomer compositions of the seed polymers are generally of lesser importance.
  • Both seed polymers, which are composed predominantly of vinylaromatic monomers and in particular of styrene (so-called styrene seed), as well as seed polymers which are predominantly composed of C 1 -C 10 -alkyl acrylates and / or C 1 -C 10 -alkyl methacrylates, eg. B. are composed of a mixture of butyl acrylate and methyl methacrylate. Beside these seed polymers, which are composed predominantly of vinylaromatic monomers and in particular of styrene (so-called styrene seed), as well as seed
  • Main monomers which typically make up at least 80% by weight, and more preferably at least 90% by weight, of the seed polymer
  • the seed polymers can also contain various monomers, especially those having increased water solubility, e.g. B. monomers having at least one acid function and / or neutral monomers with increased water solubility in copolymerized form.
  • the proportion of such monomers will usually not exceed 20% by weight and especially 10% by weight and, if present, is typically in the range of 0.1 to 10% by weight, based on the total amount of the seed polymer constituent monomers.
  • the manner in which the initiator is added to the polymerization vessel in the course of the free radical aqueous emulsion polymerization is known to one of ordinary skill in the art. It can be introduced both completely into the polymerization vessel, or used continuously or in stages according to its consumption in the course of the free radical aqueous emulsion polymerization. Specifically, this depends in a manner known per se to those of ordinary skill in the art both on the chemical nature of the initiator system and on the polymerization temperature. Preferably, a part is initially charged and the remainder supplied according to the consumption of the polymerization.
  • the dispersions formed during the polymerization can be subjected to a physical or chemical aftertreatment following the polymerization process.
  • Such methods are, for example, the known methods for residual monomer reduction, such as.
  • the aftertreatment by addition of polymerization initiators or mixtures of several polymerization initiators at suitable temperatures, aftertreatment of the polymer solution by means of steam or ammonia vapor, or stripping with inert gas or treating the reaction mixture with oxidizing or reducing reagents, adsorption as the adsorption of impurity on selected media such.
  • activated carbon or ultrafiltration As activated carbon or ultrafiltration.
  • the aqueous polymer dispersion (PD) obtained usually has a solids content of from 20 to 70% by weight, preferably from 40 to 60% by weight, based on the polymer dispersion.
  • the solids content is understood including added highly branched polymer.
  • the glass transition temperature Tg of the emulsion polymer contained in the polymer dispersion is preferably in a range from -50 to 80 ° C., more preferably from -10 to 50 ° C.
  • the resulting aqueous polymer dispersion PD) can be used as such or mixed with further, generally film-forming, polymers as a binder composition in aqueous coating compositions, such as dye or lacquer mixtures.
  • a further subject of the invention is a binder composition which contains an aqueous polymer dispersion (PD) as described above or consists of such a polymer dispersion (PD).
  • the binder composition also comprises the highly branched polymer (s) added to the polymer dispersion (PD)
  • the binder composition may comprise at least one further film-forming polymer.
  • these include z. B. alkyd resins. Suitable alkyd resins are, for. B. water-soluble alkyd resins, which preferably have a weight-average molecular weight of 5000 to 40,000. Alkyd resins having a weight-average molecular weight of more than 40,000, especially more than 100,000, are also suitable.
  • An alkyd resin is understood to mean a polyester which is esterified with a drying oil, a fatty acid or the like (U. Poth, Polyester and Alkyd resins, Vincentz Network 2005).
  • Suitable water-soluble alkyd resins are alkyd resins having a sufficiently high acid number, preferably in the range of 30 to 65 mg KOH / g. These may optionally be partially or completely neutralized.
  • the weight-average molecular weight is preferably 8,000 to 35,000, and more preferably 10,000 to 35,000.
  • a specific embodiment is therefore a coating composition comprising at least one dispersion PD) and at least one hyperbranched polymer, but no film-forming polymer other than the emulsion polymer contained in the polymer dispersion.
  • the binder compositions according to the invention are preferably used in aqueous paints. These paints are for example in the form of an unpigmented system (clearcoat) or a pigmented system. The proportion of pigments can be described by the pigment volume concentration (PVK).
  • PVK (VP + VF) x 100 / (V P + V F + V B ).
  • paints can be classified using the PVK as follows:
  • Another object of the invention is a coating composition in the form of an aqueous composition containing
  • a binder composition as defined above containing a highly branched polymer as an additive containing a highly branched polymer as an additive
  • the coating compositions according to the invention are suitable for the production of clearcoats which contain no pigments and fillers, with high freeze-thaw stability.
  • the coating compositions according to the invention are suitable for the production of emulsion paints having a high freeze-thaw stability.
  • a coating composition comprising:
  • the proportion of PD) in the above coating agent refers to solid, i. H. Emulsion polymer and highly branched polymer (s), without water.
  • novel coating compositions in the form of an aqueous composition are preferably used as paints.
  • paint in the form of a clearcoat is another embodiment.
  • paints in the form of an emulsion paint is another embodiment.
  • the pigmented coating compositions according to the invention are present, for example, in the form of an aqueous silk-gloss or a high-gloss color.
  • Emulsion paints generally contain from 30 to 75% by weight, and preferably from 40 to 65% by weight, of non-volatile constituents. This is to be understood as meaning all constituents of the preparation which are not water, but at least the total amount of binder, filler, pigment, low-volatile solvents (boiling point above 220 ° C.), eg. As plasticizers, and polymeric adjuvants. This accounts for about
  • pigments and fillers eg. As color pigments, white pigments and inorganic fillers. These include inorganic white pigments, such as titanium dioxide, preferably in rutile form, barium sulfate, zinc oxide, zinc sulfide, basic lead carbonate, antimony trioxide, lithopones (zinc sulfide + barium sulfate) or colored pigments, for example iron oxides, carbon black, graphite, zinc yellow, zinc green, ultramarine, manganese black, Contain antimony black, manganese violet, Paris blue or Schweinfurter green.
  • the emulsion paints of the invention may also organic color pigments, for. B.
  • aluminosilicates such as feldspars, silicates, such as kaolin, talc, mica, magnesite, alkaline earth metal carbonates, such as calcium carbonate, for example in the form of calcite or chalk, magnesium carbonate, dolomite, alkaline earth sulfates, such as calcium sulfate, silica, etc.
  • alkaline earth metal carbonates such as calcium carbonate, for example in the form of calcite or chalk, magnesium carbonate, dolomite, alkaline earth sulfates, such as calcium sulfate, silica, etc.
  • the fillers can be used as individual components. In practice, however, filler mixtures have proven particularly useful, for. Calcium carbonate / kaolin, calcium carbonate / talc. Glossy paints generally have only small amounts of very finely divided fillers.
  • Finely divided fillers can also be used to increase the hiding power and / or to save on white pigments.
  • blends of color pigments and fillers are preferably used.
  • the proportion of pigments can be determined by the pigment volume concentration (PVK), i. i. the quotient of volume of the pigments to the total volume of the dried paint, will be described.
  • High gloss paints have z. B. a PVK in the range of 12 to 35%, preferably 15 to 30%.
  • the coating composition (aqueous coating material) according to the invention may contain further auxiliaries.
  • auxiliaries include, in addition to the emulsifiers used in the polymerization, wetting agents or dispersants, such as sodium, potassium or ammonium polyphosphates, alkali metal and ammonium salts of acrylic or maleic anhydride copolymers, polyphosphonates, such as 1-hydroxyethane-1, 1 diphosphonic acid sodium and Naphthalinsulfonklaresalze, especially their sodium salts.
  • auxiliaries are leveling agents, defoamers, biocides and thickeners.
  • Suitable thickeners are z.
  • Associative thickener such as polyurethane thickener.
  • the amount of thickener is preferably less than 1 wt .-%, more preferably less than 0.6 wt .-% thickener, based on the solids content of the An-line agent.
  • the preparation of the paint according to the invention is carried out in a known manner by mixing the components in mixing devices customary for this purpose. It has proven useful to prepare an aqueous paste or dispersion from the pigments, water and optionally the adjuvants, and then to first mix the polymeric binder, ie, as a rule, the aqueous dispersion of the polymer with the pigment paste or pigment dispersion.
  • the paints according to the invention generally contain from 30 to 75% by weight and preferably from 40 to 65% by weight of nonvolatile constituents. These are to be understood as meaning all constituents of the preparation which are not water, but at least the total amount of binder, pigment and auxiliary agent based on the solids content of the paint. The volatile constituents are predominantly water.
  • Suitable paints are high gloss paints.
  • the gloss of the paint can be determined according to DIN 67530.
  • the paint with 240 ⁇ m gap width is applied to a glass plate and dried for 72 hours at room temperature.
  • the specimen is placed in a calibrated reflectometer and, at a defined angle of incidence, the extent to which the reflected light has been reflected or scattered is determined.
  • the determined reflectometer value is a measure of the gloss (the higher the value, the higher the gloss).
  • the gloss of the high-gloss coatings is preferably greater than 60 at 20 ° and greater than 80 at 60 °.
  • the reflectometer value is determined at 23 0 C and dimensionless given as a function of the angle of incidence, z. B. 40 at 20 °.
  • the paint of the invention can be applied in a conventional manner to substrates, for. B. by brushing, spraying, dipping, rolling, knife coating, etc.
  • It is preferably used as a decorative paint, i. H. used for coating buildings or parts of buildings. It may be mineral substrates such as plasters, gypsum or plasterboard, masonry or concrete, wood, wood materials, metal or paper, z. B. wallpaper or plastic, z. B. PVC act.
  • mineral substrates such as plasters, gypsum or plasterboard, masonry or concrete, wood, wood materials, metal or paper, z. B. wallpaper or plastic, z. B. PVC act.
  • the paint for building interior parts z.
  • interior walls, interior doors, wainscoting, banisters, furniture, etc. use.
  • the paints of the invention are characterized by easy handling, good processing properties and high hiding power.
  • the paints are low in emissions. They have good performance properties, eg. B. a good water resistance, good wet adhesion, especially on alkyd paints, good blocking resistance, good paintability and they show a good course when applied.
  • the tool used can be easily cleaned with water.
  • HBP 1 hyperbranched polycarbonate
  • the reaction mixture was cooled to 100 0 C and to neutralize the potassium carbonate 85% phosphoric acid (0.5 g) was added until a pH Value of less than 7. The mixture was stirred for a further 1 h at 100 ° C. Then, 10 minutes nomer at 140 0 C and 40 mbar Restmo- and residues of ethanol away. Subsequently, the product was cooled and analyzed.
  • HBP 2 hyperbranched polycarbonate
  • the reflux condenser was replaced by a distillation apparatus consisting of a 20 cm packed column, a descending condenser and a receiver and continuously distilling off the ethanol formed in the reaction.
  • the reaction mixture was cooled to 100 0 C and for neutralization of potassium carbonate added 85% phosphoric acid (0.5 g) until a pH of less than 7 had been established.
  • the mixture was stirred at 100 ° C. for a further 1 h.
  • residual monomers and residues of ethanol were removed at 140 ° C. and 40 mbar for 10 minutes. Subsequently, the product was cooled and analyzed.
  • the OH number was determined to be 146 mg KOH / g
  • Feed 3 3.90 g demineralized water 2.6 g ammonia (25%)
  • Feed 4 5.92 g of deionized water 3.90 g of tert-butyl hydroperoxide (10%)
  • Feed 5 9.3 g of demineralized water
  • Feed 8 1 1.05 g of sodium hydroxide solution (10%)
  • feed 3 was then metered in within 15 minutes and then the feeds 4 and 5 were added in parallel within 1 hour, after which stirring was continued for 15 minutes.
  • the reaction mixture was then allowed to cool to 30 ° C. in the course of 90 minutes and, after reaching this temperature, feed 6 was added.
  • the feeds 7 and 8 were also added successively at 30 0 C and then the reaction mixture was cooled to room temperature.
  • the individual components were metered in the amount (parts by weight) and order, as indicated in Table 2, with stirring with a toothed disc stirrer.
  • a paste was first prepared by dispersing at 1000 rpm for 15 minutes before the dispersion D1 was added, and then the remaining components were likewise added at 1000 rpm. It was dispersed until the pigment paste was smooth, ie free from lumps. Dispersion D1 and the hyperbranched polymers had already been mixed in advance. Comparative formulation F1 contained no hyperbranched polymer.

Abstract

The invention relates to producing polymer dispersions with improved freeze/thaw stability by adding a highly-branched polymer thereto and the use of highly-branched polymers for the above.

Description

Verwendung hochverzweigter Polymere zur Herstellung von Polymerdispersionen mit verbesserter Gefrier-/Tau-Stabilität Use of highly branched polymers to produce polymer dispersions with improved freeze / thaw stability
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymerdispersionen mit verbesserter Gefrier-/Tau-Stabilität, bei dem man diesen ein hochverzweigtes Polymer zusetzt, sowie die Verwendung hochverzweigter Polymere zu diesem Zweck.The present invention relates to a process for the preparation of polymer dispersions having improved freeze-thaw stability, in which a highly branched polymer is added thereto, and to the use of highly branched polymers for this purpose.
Wässrige Polymerdispersionen und Anstrichmittel auf Basis solcher Dispersionen neigen zu einem Verlust von gewünschten Anwendungseigenschaften, wenn sie Temperaturen ausgesetzt werden, unter denen das enthaltene Wasser gefriert. Die dabei gebildeten Eiskristalle führen zu einer Konzentration der Latexpartikel, zunächst in der noch vorhandenen Restflüssigkeit und schließlich zwischen den Eiskristallen. Dies kann zu einer unerwünschten Bildung von größeren Polymerteilchen durch Assoziation oder Agglomeration führen und ist in der Regel mit einer signifikanten Zunahme der Viskosität verbunden. Häufig werden beim Auftauen die ursprünglichen Anwendungseigenschaften nicht mehr erzielt. Dies führt zu Problemen bei Lagerung, Transport und Verarbeitung von wässrigen Polymerdispersionen und darauf basierenden Anstrichmit- teln.Aqueous polymer dispersions and paints based on such dispersions tend to lose desirable application properties when exposed to temperatures at which the contained water freezes. The ice crystals formed thereby lead to a concentration of the latex particles, first in the still remaining liquid and finally between the ice crystals. This can lead to undesirable formation of larger polymer particles through association or agglomeration and is usually associated with a significant increase in viscosity. Often thawing does not restore the original application properties. This leads to problems during storage, transport and processing of aqueous polymer dispersions and paints based thereon.
Es ist bekannt, Polymerdispersionen und Latexfarben Frostschutzmittel zuzusetzen, um ihre Toleranz gegenüber tiefen Temperaturen zu verbessern. Geeignete Frostschutzmittel sind z. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., vol. A3, S. 23 - 31 beschrieben. Dabei handelt es sich unter Anderem um höherwertigeIt is known to add antifreeze to polymer dispersions and latex paints to improve their tolerance to low temperatures. Suitable antifreeze are z. In Ullmann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5 th ed., Vol. A3, pp. 23-31. These are, among other things, higher-quality ones
Alkohole und Alkoholether, wie Ethylenglykol, Diethylenglykol und Propylenglykol. Der Einsatz solcher flüchtiger organischer Kohlenwasserstoffe (VOC), die aus den Anstrichen langsam an die Umgebung freigesetzt werden, ist jedoch zunehmend unerwünscht. Es besteht daher ein Bedarf an nichtflüchtigen Additiven für Polymerdispersi- onen zur Verbesserung der Gefrier-/Tau-Stabilität.Alcohols and alcohol ethers, such as ethylene glycol, diethylene glycol and propylene glycol. However, the use of such volatile organic hydrocarbons (VOC) that are slowly released from the paints to the environment is becoming increasingly undesirable. There is therefore a need for nonvolatile additives for polymer dispersions to improve freeze / thaw stability.
Die WO 2005/054384 beschreibt eine Harzzusammensetzung für wässrige Anstrichfarben, die einen geringen Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC- Gehalt) und gute Gefrier-/Tau-Stabilität aufweisen. Diese Beschichtungsmittel enthal- ten eine wässrige Dispersion auf Basis eines Mehrstufenpolymers, das eine polymeri- sierbare alkoxylierte oberflächenaktive Verbindung einpolymerisiert enthält.WO 2005/054384 describes a resin composition for aqueous paints which have a low content of volatile organic compounds (VOC content) and good freeze / thaw stability. These coating compositions contain an aqueous dispersion based on a multistage polymer which contains in copolymerized form a polymerizable alkoxylated surface-active compound.
Es ist bisher nicht bekannt, hochverzweigte Polymere zur Herstellung von Polymerdispersionen mit verbesserter Gefrier-/Tau-Stabilität einzusetzen. Solche hochverzweig- ten Polymere sind als solche bekannt und werden zum Teil auch als Additive bei der Herstellung von wässrigen Polymerdispersionen eingesetzt. Die WO 00/29495 beschreibt ein Beschichtungsmittel, das ein Lösungsmittel, ein Al- kydharz (Polyesterharz) und ein Sternpolymer enthält. Die Sternpolymere dienen dabei als Modifizierungsmittel zur Verbesserung der Anwendungseigenschaften der Beschichtungsmittel, z. B. zur Erzielung einer geringeren Viskosität. Sie leiten sich ab von polyfunktionalen Thiolen, die wenigstens drei vinylisch ungesättigte Seitenketten aufweisen.It is not yet known to use highly branched polymers for the preparation of polymer dispersions with improved freeze / thaw stability. Such highly branched polymers are known as such and are also used in some cases as additives in the preparation of aqueous polymer dispersions. WO 00/29495 describes a coating composition containing a solvent, an alkyd resin (polyester resin) and a star polymer. The star polymers serve as modifiers to improve the application properties of the coating agent, for. B. to achieve a lower viscosity. They are derived from polyfunctional thiols which have at least three vinylically unsaturated side chains.
Die WO 01/9641 1 beschreibt amphiphile Sternpolymere, die einen Kern auf Mercap- tanbasis sowie wenigstens drei davon ausgehende Polymerarme aufweisen sowie die Verwendung dieser Sternpolymere zur Stabilisation von wässrigen Polymerdispersionen.WO 01/9641 1 describes amphiphilic star polymers which have a mercaptan-based core and at least three polymer arms emanating therefrom, and the use of these star polymers for the stabilization of aqueous polymer dispersions.
Die WO 2004/016700 beschreibt eine Copolymerdispersion auf Wasserbasis, die durch Copolymerisation unter Verwendung wenigstens eines mit Alkylengruppen funk- tionalisierten dendritischen Polymers erhältlich ist. Die so erhaltenen Copolymerdisper- sionen zeichnen sich durch verbesserte "Blocking'-Eigenschaften aus. In diesem Dokument wird nicht gelehrt, ein hochverzweigtes Polymer einer wässrigen Polymerdispersion im Anschluss an die Emulsionspolymerisation zuzusetzen, um somit die Ge- frier-/Tau-Eigenschaften zu verbessern.WO 2004/016700 describes a water-based copolymer dispersion obtainable by copolymerization using at least one dendritic polymer functionalized with alkylene groups. The copolymer dispersions obtained in this way are characterized by improved "blocking properties." This document does not teach how to add a highly branched polymer to an aqueous polymer dispersion following emulsion polymerization, thus improving the freeze / thaw properties ,
Die WO 2005/003186 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung wässriger Polymerdispersionen auf Basis von Copolymeren, die wenigstens ein hydrophobes AIIyI-, Vinyl-, Malein- oder Dien-Monomer einpolymerisiert enthalten, wobei die Polymerisation in Gegenwart wenigstens eines dendritischen Polymers erfolgt. Das dendritische Polymer ermöglicht dabei auch, stark hydrophobe Monomere mit einer Wasserlöslichkeit von weniger als 0,001 g/l zur Emulsionspolymerisation einzusetzen. Die Verwendung solcher dendritischer Polymere als Zusatz zu Polymerdispersionen, um deren Gefrier-/- Tau-Stabilität zu verbessern, ist nicht beschrieben.WO 2005/003186 describes a process for the preparation of aqueous polymer dispersions based on copolymers which contain at least one hydrophilic allyl, vinyl, maleic or diene monomer in copolymerized form, the polymerization taking place in the presence of at least one dendritic polymer. The dendritic polymer also makes it possible to use highly hydrophobic monomers having a water solubility of less than 0.001 g / l for emulsion polymerization. The use of such dendritic polymers as an additive to polymer dispersions to improve their freeze / thaw stability has not been described.
Z. Xu und W. T. Ford beschreiben in Journal of Polymer Science: Part A: PolymerZ. Xu and W.T. Ford describe in the Journal of Polymer Science: Part A: Polymer
Chemistry, Vol. 41 , 597-605 (2003) und in Macromolecules 2002, 35, 7662-7668, Po- lystyrol-Latices, die durch wässrige Emulsionspolymerisation in Gegenwart eines Do- decanamid-Derivats eines Poly(propylenimin)dendrimers und von Natriumdodecylsulfat hergestellt werden. C. Yi, Z. Xu und W. T. Fort beschreiben in Colloid. Polym. Sei. (2004), 282, S. 1054-1058, die Herstellung von Poly(amidoamin)dendrimer/Polystyrol- Komposit-Latices durch Emulsionspolymerisation nach der Saatfahrweise.Chemistry, Vol. 41, 597-605 (2003) and in Macromolecules 2002, 35, 7662-7668, polystyrene latexes obtained by aqueous emulsion polymerization in the presence of a dodecanamide derivative of a poly (propylene imine) dendrimer and of sodium dodecyl sulfate getting produced. C. Yi, Z. Xu and W. T. Fort describe in colloid. Polym. Be. (2004), 282, pp. 1054-1058, the preparation of poly (amidoamine) dendrimer / polystyrene composite latexes by emulsion polymerization according to the seed method.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, wässrige Polymerdispersionen mit verbesserter Gefrier-/Tau-Stabilität zur Verfügung zu stellen. Diese sollen vor- zugsweise nach einer Gefrier-/Tau-Belastung im Wesentlichen unveränderter Anwendungseigenschaften, wie eine im Wesentlichen unveränderte Viskosität, im Wesentlichen unveränderte Teilchengrößen und/oder Teilchengrößenverteilungen, aufweisen. Vorzugsweise soll dabei möglichst auf Additive verzichtet werden, die den VOC-Gehalt der Dispersionen erhöhen.The present invention is based on the object to provide aqueous polymer dispersions with improved freeze / thaw stability available. These should preferably have substantially unchanged application properties after a freeze / thaw load, such as a substantially unchanged viscosity, essentially unchanged particle sizes and / or particle size distributions. Preferably, it should preferably be dispensed with additives that increase the VOC content of the dispersions.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese Aufgabe durch den Einsatz von hochverzweigten Polymeren gelöst wird.Surprisingly, it has been found that this object is achieved by the use of highly branched polymers.
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerdispersion PD) mit verbesserter Gefrier-/Tau-Stabilität durch radikalische Emulsionspolymerisation wenigstens eines α,ß-ethylenisch ungesättigten Mo- nomers M) und Zusatz wenigstens eines hochverzweigten Polymers.A first subject of the invention is therefore a process for preparing an aqueous polymer dispersion PD) with improved freeze / thaw stability by free-radical emulsion polymerization of at least one α, ß-ethylenically unsaturated monomer M) and at least one highly branched polymer.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Bindemittelzusammensetzung, bestehend aus oder enthaltend eine wässrige Polymerdispersion PD), wenigstens ein hochverzweigtes Polymer und gegebenenfalls wenigstens ein weiteres filmbildendes PoIy- mer.Another object of the invention is a binder composition consisting of or containing an aqueous polymer dispersion PD), at least one highly branched polymer and optionally at least one further film-forming polymer.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Beschichtungsmittel in Form einer wässrigen Zusammensetzung, enthaltendAnother object of the invention is a coating composition in the form of an aqueous composition containing
- eine Bindemittelzusammensetzung, bestehend aus oder enthaltend eine wässrige Polymerdispersion PD), ein hochverzweigtes Polymer und gegebenenfalls wenigstens ein weiteres filmbildendes Polymer,a binder composition consisting of or containing an aqueous polymer dispersion PD), a highly branched polymer and optionally at least one further film-forming polymer,
gegebenenfalls wenigstens einen anorganischen Füllstoff und/oder wenigstens ein anorganisches Pigment,optionally at least one inorganic filler and / or at least one inorganic pigment,
gegebenenfalls weitere Hilfsmittel, undoptionally further aids, and
Wasser.Water.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von hochverzweigten Polymeren als Zusatzstoff für wässrige Polymerdispersionen zur Verbesserung der Ge- frier-/Tau-Stabilität.Another object of the invention is the use of highly branched polymers as an additive for aqueous polymer dispersions to improve the freezing / thawing stability.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung derAnother object of the invention is a method for improving the
Gefrier-/Tau-Stabilität einer wässrigen Polymerdispersion PD), die durch radikalische Emulsionspolymerisation wenigstens eines oφ-ethylenisch ungesättigten Monomers M) erhältlich ist, durch Zusatz wenigstens eines hochverzweigten Polymers.Freeze / thaw stability of an aqueous polymer dispersion PD) obtainable by free-radical emulsion polymerization of at least one o-ethylenically unsaturated monomer M) by adding at least one highly branched polymer.
Die Zugabe des hochverzweigten Polymers zu der Polymerdispersion PD) kann vor und/oder während und/oder nach der Emulsionspolymerisation zur Herstellung von PD) erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Zugabe des hochverzweigten Polymers im An- Schluss an die Emulsionspolymerisation. Eine Zugabe nach der Emulsionspolymerisation umfasst dabei auch eine Zugabe im Rahmen der Formulierung eines Produkts, das ein Emulsionspolymerisat auf Basis wenigstens eines α,ß-ethylenisch ungesättigten Monomers M) enthält. Dazu kann wenigstens ein hochverzweigtes Polymer, wie im Folgenden definiert, als Additiv z.B. einem Anstrichmittel zugegeben werden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung wenigstens eines hochverzweigten Polymers als Additiv für ein Produkt, das ein Emulsionspolymerisat auf Basis wenigstens eines α,ß-ethylenisch ungesättigten Monomers M), wie im Folgenden definiert, enthält, zur Verbesserung der Gefrier-/Tau-Stabilität des Produkts. Speziell han- delt es sich um die Verwendung als Additiv für ein Anstrichmittel.The addition of the highly branched polymer to the polymer dispersion PD) can be carried out before and / or during and / or after the emulsion polymerization for the preparation of PD). Preferably, the addition of the highly branched polymer takes place in the Conclusion of the emulsion polymerization. An addition after the emulsion polymerization also includes an addition in the context of the formulation of a product which contains an emulsion polymer based on at least one α, ß-ethylenically unsaturated monomer M). For this purpose, at least one highly branched polymer, as defined below, may be added as an additive, for example, to a paint. Another object of the invention is therefore the use of at least one hyperbranched polymer as an additive for a product containing an emulsion polymer based on at least one α, ß-ethylenically unsaturated monomer M), as defined below, to improve the freeze / thaw Stability of the product. Specifically, it is the use as an additive for a paint.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer wässrigen Polymerdispersion PD), die wenigstens ein hochverzweigtes Polymer als Zusatzstoff enthält, als Komponente in Anstrichmitteln.Another object of the invention is the use of an aqueous polymer dispersion PD), which contains at least one highly branched polymer as additive, as a component in paints.
Die Gefrier-/Tau-Stabilität ist ein dem Fachmann einschlägig bekannter Parameter. Das Prinzip der Bestimmung der Gefrier-Tau-Stabilität kann der Norm ISO 1147 entnommen werden. Die Bestimmung der Gefrier-Tau-Stabilität wässriger Polymerdispersionen kann nach ASTM D 2243 - 95 (reapproved 2003) erfolgen. Danach wird die Dispersion für 17 Stunden in eine Kühlkammer bei -18 0C gegeben und anschließend 7 Stunden bei Raumtemperatur (23 0C) stehen gelassen, so dass ein Gefrier-Tau-Zyklus von 24 Stunden resultiert. Anschließend prüft man, ob es zu einer Koagulatbildung gekommen ist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, war also die Latex-Dispersion gegen Koagulatbildung stabil, so wird der beschriebene Zyklus (Abkühlung und Auftauen) wiederholt und erneut auf Koagulatbildung geprüft. Dieser Gefrier-Tau-Zyklus wird so lange wiederholt, bis entweder Koagulatbildung beobachtet wird oder ein Maximum von 5 Zyklen ohne Koagulatbildung erreicht wird.Freeze / thaw stability is a parameter well known to those skilled in the art. The principle of the determination of the freeze-thaw stability can be taken from the standard ISO 1147. The determination of the freeze-thaw stability of aqueous polymer dispersions can be carried out according to ASTM D 2243-95 (reapproved 2003). Thereafter, the dispersion is placed for 17 hours in a cooling chamber at -18 0 C and then allowed to stand for 7 hours at room temperature (23 0 C), so that a freeze-thaw cycle of 24 hours results. Subsequently, one checks whether coagulation has occurred or not. If this is not the case, that is, the latex dispersion against coagulation was stable, the cycle described (cooling and thawing) is repeated and rechecked for coagulation. This freeze-thaw cycle is repeated until either coagulum formation is observed or a maximum of 5 cycles without coagulation is achieved.
Das hochverzweigte Polymer wird der Polymerdispersion PD) vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 15 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von hochverzweigtem Polymer und Polymerdispersion, zugesetzt.The highly branched polymer is preferably added to the polymer dispersion PD) in an amount of from 0.1 to 20% by weight, more preferably from 0.2 to 15% by weight, in particular from 0.5 to 10% by weight, based on the total weight of hyperbranched polymer and polymer dispersion.
Der erfindungsgemäße Einsatz der hochverzweigten Polymere bringt wenigstens einen der folgenden Vorteile mit sich:The use according to the invention of the highly branched polymers brings at least one of the following advantages:
im Wesentlichen unveränderte Viskosität der einer Gefrier-/Tau-Belastung unterzogenen Dispersion,substantially unchanged viscosity of the freeze / thaw loaded dispersion,
- im Wesentlichen unveränderte Teilchengrößen, Teilchengrößenverteilung der einer Gefrier-/Tau-Belastung unterzogenen Dispersion, keine oder nur geringe Koagulatbildung in der einer Gefrier-/Tau-Belastung unterzogenen Dispersion,substantially unchanged particle sizes, particle size distribution of the freeze / thaw loaded dispersion, no or little coagulum formation in the freeze / thaw loaded dispersion,
Möglichkeit zur Verarbeitung der Dispersionen auch nahe dem Gefrierpunkt,Possibility of processing the dispersions also near freezing point,
gute Verträglichkeit der eingesetzten hochverzweigten Polymere mit einer Vielzahl von Dispersionen,good compatibility of the highly branched polymers used with a large number of dispersions,
ein zumindest teilweiser oder vollständiger Verzicht auf Gefrierschutzmittel, ver- bunden mit einer Verringerung des VOC-Gehalts der Dispersionen.an at least partial or complete elimination of antifreeze, associated with a reduction in the VOC content of the dispersions.
Die Bestimmung der Viskosität kann z. B. nach DIN EN ISO 3219 bei einer Temperatur von 23 0C mit einem Rotationsviskosimeter, z. B. mit einem Brookfield-Viskosimeter Modell RVT, durchgeführt, wobei z. B. Spindel # 5 bei einer Umdrehungsgeschwindig- keit von 10 UpM verwendet wird oder Spindel # 4 bei einer Geschwindigkeit von 20 UpM verwendet wird.The determination of the viscosity may, for. B. according to DIN EN ISO 3219 at a temperature of 23 0 C with a rotational viscometer, z. B. with a Brookfield viscometer model RVT performed, wherein z. For example, spindle # 5 is used at a revolution speed of 10 rpm, or spindle # 4 is used at a speed of 20 rpm.
Die Bestimmung der Koagulatmenge kann z. B. durch Filtration der Polymerdispersion nach der Gefrier-/Tau-Belastung durch ein Sieb bestimmter Maschenweite (z. B. 125 μm) erfolgen.The determination of the coagulum amount can, for. B. by filtration of the polymer dispersion after the freeze / thaw exposure through a sieve of certain mesh size (eg., 125 microns) take place.
Erfindungsgemäß wird zur Herstellung der Polymerdispersion PD) wenigstens ein hochverzweigtes Polymer eingesetzt. Der Ausdruck "hochverzweigte Polymere" bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung ganz allgemein Polymere, die sich durch eine stark verzweigte Struktur und eine hohe Funktionalität auszeichnen. Zur allgemeinen Definition hochverzweigter Polymere wird auch auf P. J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718, und H. Frey et al., Chem. Eur. J. 2000, 6, Nr. 14, 2499, Bezug genommen (dort abweichend von der hier gewählten Definition als "hyperbranched poly- mers" bezeichnet).According to the invention, at least one highly branched polymer is used to prepare the polymer dispersion PD). The term "highly branched polymers" in the context of this invention generally refers to polymers which are distinguished by a highly branched structure and a high functionality. For general definition of highly branched polymers, reference is also made to P. J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718, and H. Frey et al., Chem. Eur. J. 2000, 6, No. 14, 2499, incorporated herein by reference (as defined by the definition herein, as "hyperbranched polymers").
Zu den hochverzweigten Polymeren im Sinne der Erfindung zählen Sternpolymere, Dendrimere, Arborole und davon verschiedene hochverzweigte Polymere, wie speziell hyperverzweigte Polymere.Among the highly branched polymers in the sense of the invention are star polymers, dendrimers, arborols and various highly branched polymers such as especially hyperbranched polymers.
Sternpolymere sind Polymere, bei denen von einem Zentrum drei oder mehr Ketten ausgehen. Das Zentrum kann dabei ein einzelnes Atom oder eine Atomgruppe sein.Star polymers are polymers in which three or more chains originate from one center. The center can be a single atom or an atomic group.
Dendrimere leiten sich strukturell von den Sternpolymeren ab, wobei jedoch die einzelnen Ketten jeweils ihrerseits sternförmig verzweigt sind. Sie entstehen ausgehend von kleinen Molekülen durch eine sich ständig wiederholende Reaktionsfolge, wobei immer höhere Verzweigungen resultieren, an deren Enden sich jeweils funktionelle Gruppen befinden, die wiederum Ausgangspunkt für weitere Verzweigungen sind. So wächst mit jedem Reaktionsschritt die Zahl der Monomer-Endgruppen exponentiell an, wobei am Ende eine, im Idealfall kugelförmige, Baumstruktur entsteht. Ein charakteristisches Merkmal der Dendrimere ist die Anzahl der zu ihrem Aufbau durchgeführten Reaktionsstufen (Generationen). Auf Grund ihres einheitlichen Aufbaus (im Idealfall enthalten alle Äste exakt dieselbe Anzahl von Monomereinheiten) sind Dendrimere im Wesentlichen monodispers, d. h. sie weisen in der Regel eine definierte Molmasse auf.Dendrimers are derived structurally from the star polymers, but the individual chains are in turn branched star-shaped. They arise from small molecules through a repetitive sequence of reactions, resulting in ever higher branches, at the ends of which functional groups are located, which in turn are the starting point for further branching. So grow along For each reaction step, the number of monomer end groups exponentially, resulting in an end, ideally spherical, tree structure at the end. A characteristic feature of dendrimers is the number of reaction stages (generations) carried out for their construction. Due to their uniform structure (ideally all branches contain exactly the same number of monomer units), dendrimers are essentially monodisperse, ie they generally have a defined molar mass.
Molekular, wie strukturell einheitliche hochverzweigte Polymere werden im Folgenden auch einheitlich als Dendrimere bezeichnet.Molecular, such as structurally uniform hyperbranched polymers are also referred to below as uniformly dendrimers.
"Hyperverzweigte Polymere" sind im Rahmen dieser Erfindung hochverzweigte Polymere, die im Gegensatz zu den zuvor genannten Dendrimeren sowohl molekular wie auch strukturell uneinheitlich sind. Sie weisen Seitenketten und/oder Seitenäste unterschiedlicher Länge und Verzweigung sowie eine Molmassenverteilung (Polydispersität) auf."Hyperbranched polymers" in the context of this invention are highly branched polymers which, in contrast to the abovementioned dendrimers, are both molecularly and structurally nonuniform. They have side chains and / or side branches of different length and branching as well as a molecular weight distribution (polydispersity).
Die erfindungsgemäß eingesetzten hochverzweigten Polymere weisen vorzugsweise einen Verzweigungsgrad (Degree of Branching, DB) pro Molekül von 10 bis 100 %, bevorzugt 10 bis 90 % und insbesondere 10 bis 80 %, auf. Der Verzweigungsgrad DB ist dabei definiert als DB (%) = (T + Z) / (T + Z + L) x 100, mitThe highly branched polymers used according to the invention preferably have a degree of branching (DB) per molecule of from 10 to 100%, preferably from 10 to 90% and in particular from 10 to 80%. The degree of branching DB is defined as DB (%) = (T + Z) / (T + Z + L) × 100, with
T mittlere Anzahl der terminal gebundenen Monomereinheiten, Z mittlere Anzahl der Verzweigungen bildenden Monomereinheiten, L mittlere Anzahl der linear gebundenen Monomereinheiten.T is the average number of terminal monomer units, Z is the mean number of branching monomer units, L is the average number of linearly bound monomer units.
Dendrimere weisen im Allgemeinen einen Verzweigungsgrad DB von wenigstens 99 %, speziell 99,9 bis 100 %, auf.Dendrimers generally have a degree of branching DB of at least 99%, especially 99.9 to 100%.
Hyperverzweigte Polymere weisen vorzugsweise einen Verzweigungsgrad DB von 10 bis 95 %, bevorzugt 25 bis 90 % und insbesondere 30 bis 80 %, auf.Hyperbranched polymers preferably have a degree of branching DB of 10 to 95%, preferably 25 to 90% and in particular 30 to 80%.
Zur Erzielung vorteilhafter Gefrier-/Tau-Eigenschaften können sowohl die strukturell und molekular einheitlichen Dendrimere wie auch hyperverzweigte Polymere eingesetzt werden. Hyperverzweigte Polymere sind jedoch in der Regel einfacher und somit wirtschaftlicher herstellbar als Dendrimere. So wird z. B. die Herstellung der monodispersen Dendrimere dadurch verkompliziert, dass bei jedem Verknüpfungsschritt Schutzgruppen eingeführt und wieder entfernt werden müssen und vor Beginn jeder neuen Wachstumsstufe intensive Reinigungsoperationen erforderlich sind, weshalb Dendrimere üblicherweise nur im Labormaßstab hergestellt werden können. Hyperver- zweigte Polymere mit ihrer Molekulargewichtsverteilung können sich auch vorteilhaft auf die Viskositätseigenschaften der mit ihnen modifizierten Dispersionen aufweisen. Hyperverzweigte Polymere weisen zudem eine flexiblere Struktur auf als die Dendrime- re.To achieve advantageous freeze / thaw properties, both the structurally and molecularly uniform dendrimers and also hyperbranched polymers can be used. Hyperbranched polymers, however, are generally simpler and thus more economical to produce than dendrimers. So z. For example, the preparation of the monodisperse dendrimers is complicated by the need to introduce and remove protecting groups at each linking step and to require intensive purification operations prior to the commencement of each new growth stage, which is why dendrimers can usually only be produced on a laboratory scale. Hyperbranched polymers with their molecular weight distribution can also have an advantageous effect on the viscosity properties of the dispersions modified with them. Hyperbranched polymers also have a more flexible structure than dendrimers.
Als hochverzweigte Polymere sind prinzipiell solche geeignet, die durch Polykondensa- tion, Polyaddition oder durch Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Verbindungen erhältlich sind. Bevorzugt sind Polykondensate und Polyadditionsprodukte. Unter Polykondensation wird dabei die wiederholte chemische Umsetzung von funktionellen Verbindungen mit geeigneten reaktiven Verbindungen unter Abspaltung von niedermolekularen Verbindungen, wie Wasser, Alkohol, HCl, etc. verstanden. Unter Polyaddition wird dabei die wiederholte chemische Umsetzung von funktionellen Verbindungen mit geeigneten reaktiven Verbindungen ohne Abspaltung von niedermolekularen Verbindungen verstanden.Highly branched polymers are in principle suitable for those which are obtainable by polycondensation, polyaddition or by polymerization of ethylenically unsaturated compounds. Preference is given to polycondensates and polyaddition products. By polycondensation is meant the repeated chemical reaction of functional compounds with suitable reactive compounds with elimination of low molecular weight compounds such as water, alcohol, HCl, etc. By polyaddition is meant the repeated chemical reaction of functional compounds with suitable reactive compounds without cleavage of low molecular weight compounds.
Geeignet sind Polymere, die funktionelle Gruppen aufweisen, die vorzugsweise aus- gewählt sind unter Ethergruppen, Estergruppen, Carbonatgruppen, Aminogruppen, Amidgruppen, Urethangruppen und Harnstoffgruppen.Suitable polymers are those which have functional groups which are preferably selected from ether groups, ester groups, carbonate groups, amino groups, amide groups, urethane groups and urea groups.
Insbesondere können als Polymere Polycarbonate, Polyester, Polyether, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyamine, Polyamide, sowie deren Mischformen, wie beispielsweise Poly(harnstoffurethane), Poly(etheramine), Poly(esteramine), Poly(etheramide), Poly(esteramide), Poly(amidoamine), Poly(estercarbonate), Poly(ethercarbonate), Poly(etherester), Poly(etherestercarbonate) etc., verwendet werden.In particular, as polymers polycarbonates, polyesters, polyethers, polyurethanes, polyureas, polyamines, polyamides, and their mixed forms, such as poly (urea urethanes), poly (etheramines), poly (esteramine), poly (etheramides), poly (esteramides), poly (amidoamines), poly (ester carbonates), poly (ether carbonates), poly (ether esters), poly (ether ester carbonates), etc. may be used.
Bevorzugte hyperverzweigte Polymere sind solche auf Basis von Ethern, Aminen, Es- tern, Carbonaten, Amiden, sowie deren Mischformen, wie beispielsweise Esteramiden, Amidoaminen, Estercarbonaten, Ethercarbonaten, Etherestern, Etherestercarbonaten, Harnstoffurethanen etc.Preferred hyperbranched polymers are those based on ethers, amines, esters, carbonates, amides and their mixed forms, such as, for example, ester amides, amidoamines, ester carbonates, ether carbonates, ether esters, ether ester carbonates, urea-urethanes, etc.
Insbesondere können als hyperverzweigte Polymere hyperverzweigte Polycarbonate, hyperverzweigte Poly(ethercarbonate), hyperverzweigte Poly(etherester), hyperverzweigte Poly(etherestercarbonate), hyperverzweigte Polyester, hyperverzweigte Polyether, hyperverzweigte Polyurethane, hyperverzweigte Poly(harnstoffurethane), hyperverzweigte Polyharnstoffe, hyperverzweigte Polyamine, hyperverzweigte Polyamide, hyperverzweigte Poly(etheramin)e, hyperverzweigte Poly(esteramin)e, hyperverzweig- te Poly(etheramid)e, hyperverzweigte Poly(esteramid)e und Mischungen davon, eingesetzt werden. Eine spezielle Ausführung hyperverzweigter Polymere sind hyperverzweigte Polycarbonate. Eine weitere spezielle Ausführung hyperverzweigter Polymere sind hyperverzweigte stickstoffatomhaltige Polymere, speziell Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyamide, Poly(esteramid)e und Poly(esteramin)e.Hyperbranched polycarbonates, hyperbranched poly (ether carbonates), hyperbranched poly (ether esters), hyperbranched poly (ether ester carbonates), hyperbranched polyesters, hyperbranched polyethers, hyperbranched polyurethanes, hyperbranched poly (urea-urethanes), hyperbranched polyureas, hyperbranched polyamines, hyperbranched polyamides, hyperbranched polymers, hyperbranched poly (ether amines), hyperbranched poly (ester amines), hyperbranched poly (ether amides), hyperbranched poly (esteramides), and mixtures thereof. A specific embodiment of hyperbranched polymers are hyperbranched polycarbonates. Another specific embodiment of hyperbranched polymers are hyperbranched nitrogen atom-containing polymers, especially polyurethanes, polyureas, polyamides, poly (esteramide) s and poly (esteramine) s.
Bevorzugt wird als hochverzweigtes Polymer ein hyperverzweigtes Polycarbonat, Po- ly(ethercarbonat), Poly(estercarbonat) oder Poly(etherestercarbonat) oder ein Gemisch hyperverzweigter Polymere, das wenigstens ein hyperverzweigtes Polycarbonat, Po- ly(ethercarbonat), Poly(estercarbonat) oder Poly(etherestercarbonat) enthält, eingesetzt.The hyperbranched polymer used is preferably a hyperbranched polycarbonate, poly (ether carbonate), poly (ester carbonate) or poly (etherester carbonate) or a mixture hyperbranched polymers containing at least one hyperbranched polycarbonate, poly (ether carbonate), poly (ester carbonate) or poly (etherestercarbonat) used.
Für die erfindungsgemäße Verwendung geeignete hyperverzweigte Polymere und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in den folgenden Dokumenten beschrieben, auf die in vollem Umfang Bezug genommen wird:Hyperbranched polymers suitable for use according to the invention and processes for their preparation are described in the following documents, to which reference is made in full:
hochverzweigte und speziell hyperverzweigte Polycarbonate nach der WO 2005/026234, hyperverzweigte Polyester nach WO 01/46296, DE 101 63 163, DE 102 19 508 oder DE 102 40 817, hyperverzweigte Polyether nach WO 03/062306, WO 00/56802, DE 102 1 1 664 oder DE 199 47 631 , - hyperverzweigte stickstoffatomhaltige Polymere (speziell Polyurethane, PoIy- harnstoffe, Polyamide, Poly(esteramide), Poly(esteramine)), wie in derhighly branched and especially hyperbranched polycarbonates according to WO 2005/026234, hyperbranched polyesters according to WO 01/46296, DE 101 63 163, DE 102 19 508 or DE 102 40 817, hyperbranched polyethers according to WO 03/062306, WO 00/56802, DE 102 1 1 664 or DE 199 47 631, - hyperbranched nitrogen-containing polymers (especially polyurethanes, polyureas, polyamides, poly (esteramides), poly (esteramines)), as in
WO 2006/087227 beschrieben, hyperverzweigte Polyurethane nach WO 97/02304 oder DE 199 04 444, hyperverzweigte Poly(harnstoffurethane) nach WO97/02304 oder DE 199 04 444, hyperverzweigte Polyharnstoffe wie in der WO 03/066702, WO 2005/044897 undWO 2006/087227, hyperbranched polyurethanes according to WO 97/02304 or DE 199 04 444, hyperbranched poly (urea-urethanes) according to WO97 / 02304 or DE 199 04 444, hyperbranched polyureas as described in WO 03/066702, WO 2005/044897 and US Pat
WO 2005/075541 beschrieben, hyperverzweigte aminogruppenhaltige Polymere, speziell Polyesteramine nach der WO 2005/007726, - hyperverzweigte Poly(esteramide) nach WO 99/16810 oder EP 1 036 106, hyperverzweigte Polyamide wie in der WO 2006/018125 beschrieben, hyperverzweigte Poly(estercarbonate) wie in der WO 2006/089940 beschrieben.WO 2005/075541, hyperbranched amino group-containing polymers, especially polyesteramines according to WO 2005/007726, - hyperbranched poly (esteramides) according to WO 99/16810 or EP 1 036 106, hyperbranched polyamides as described in WO 2006/018125, hyperbranched poly ( estercarbonates) as described in WO 2006/089940.
Bevorzugt sind Polymere, die ein gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw im Bereich von etwa 500 bis 500 000, bevorzugt 750 bis 200 000, insbesondere 1000 bisPreference is given to polymers which have a weight-average molecular weight M w in the range from about 500 to 500,000, preferably 750 to 200,000, in particular 1,000 to
100 000 g/mol aufweisen. Die Molmassenbestimmung kann dabei per Gelpermeati- onschromatographie mit einem Standard, wie z. B. Polymethylmethacrylat, erfolgen.100 000 g / mol. The molar mass determination can be carried out by gel permeation chromatography with a standard such. As polymethyl methacrylate, take place.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck Alkyl geradkettige und verzweigte Alkylgruppen. Geeignete kurzkettige Alkylgruppen sind z. B. geradkettige oder verzweigte Ci-Cz-Alkyl-, bevorzugt d-Cε-Alkyl- und besonders bevorzugt Ci-C4-Alkylgruppen. Dazu zählen insbesondere Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, 2-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, 2-Pentyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1 ,2-Dimethylpropyl, 1 ,1-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1-Ethylpropyl, n-Hexyl, 2-Hexyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1 ,2-Dimethylbutyl, 1 ,3-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 1 ,1-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1 ,1 ,2-Trimethylpropyl, 1 ,2,2-Trimethylpropyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1-Ethyl- 2-methylpropyl, n-Heptyl, 2-Heptyl, 3-Heptyl, 2-Ethylpentyl, 1-Propylbutyl, etc.In the context of the present invention, the term alkyl includes straight-chain and branched alkyl groups. Suitable short-chain alkyl groups are, for. B. straight-chain or branched Ci-Cz-alkyl, preferably d-Cε-alkyl and particularly preferably Ci-C4-alkyl groups. These include in particular methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, 2-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, 2-pentyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 1, 2-dimethylpropyl , 1, 1-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, n-hexyl, 2-hexyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 1, 2-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2 , 3-dimethylbutyl, 1, 1-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 3,3-dimethylbutyl, 1, 1, 2-trimethylpropyl, 1, 2,2-trimethylpropyl, 1-ethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1-ethyl-2-methylpropyl, n-heptyl, 2-heptyl, 3-heptyl, 2-ethylpentyl, 1-propylbutyl, etc.
Geeignete längerkettige Cs-Cso-Alkylgruppen sind geradkettige und verzweigte Alkyl- gruppen. Bevorzugt handelt es sich dabei um überwiegend lineare Alkylreste, wie sie auch in natürlichen oder synthetischen Fettsäuren und Fettalkoholen sowie Oxoalkoho- len vorkommen. Dazu zählen z. B. n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Pentadecyl, n-Hexadecyl, n-Heptadecyl, n-Octadecyl, n-Nonadecyl etc. Der Ausdruck Alkyl umfasst unsubstituierte und substituierte Alkyl- reste.Suitable longer-chain Cs-Cso-alkyl groups are straight-chain and branched alkyl groups. These are preferably predominantly linear alkyl radicals, as they also occur in natural or synthetic fatty acids and fatty alcohols and oxo alcohols. These include z. N-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-pentadecyl, n-hexadecyl, n-heptadecyl, n-octadecyl, n-nonadecyl, etc The term alkyl includes unsubstituted and substituted alkyl radicals.
Die vorstehenden Ausführungen zu Alkyl gelten auch für die Alkylteile in Arylalkyl. Bevorzugte Arylalkylreste sind Benzyl und Phenylethyl.The above comments on alkyl also apply to the alkyl moieties in arylalkyl. Preferred arylalkyl radicals are benzyl and phenylethyl.
C8-C32-Alkenyl steht im Rahmen der vorliegenden Erfindung für geradkettige und verzweigte Alkenylgruppen, die einfach, zweifach oder mehrfach ungesättigt sein können. Vorzugsweise handelt es sich um Cio-C2o-Alkenyl. Der Ausdruck Alkenyl umfasst unsubstituierte und substituierte Alkenylreste. Speziell handelt es sich dabei um überwiegend lineare Alkenylreste, wie sie auch in natürlichen oder synthetischen Fettsäuren und Fettalkoholen sowie Oxoalkoholen vorkommen. Dazu zählen insbesondere Octe- nyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl, Nonadecenyl, Linolyl, Linolenyl, Eleostearyl und Oleyl (9-Octadecenyl).C 8 -C 32 -alkenyl in the context of the present invention represents straight-chain and branched alkenyl groups which may be mono-, di- or polyunsaturated. Preferably, it is Cio-C2o-alkenyl. The term alkenyl includes unsubstituted and substituted alkenyl radicals. Specifically, these are predominantly linear alkenyl radicals, as they also occur in natural or synthetic fatty acids and fatty alcohols and oxo alcohols. These include, in particular, octenyl, nonenyl, decenyl, undecenyl, dodecenyl, tridecenyl, tetradecenyl, pentadecenyl, hexadecenyl, heptadecenyl, octadecenyl, nonadecenyl, linolyl, linolenyl, eleostearyl and oleyl (9-octadecenyl).
Der Ausdruck Alkylen im Sinne der vorliegenden Erfindung steht für geradkettige oder verzweigte Alkandiyl-Gruppen mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, z. B. Methylen, 1 ,2-Ethylen, 1 ,3-Propylen, etc.The term alkylene in the context of the present invention stands for straight-chain or branched alkanediyl groups having 1 to 7 carbon atoms, eg. As methylene, 1, 2-ethylene, 1, 3-propylene, etc.
Cycloalkyl steht vorzugsweise für C4-Cβ-Cycloalkyl, wie Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclo- hexyl, Cycloheptyl oder Cyclooctyl.Cycloalkyl is preferably C4-C6-cycloalkyl, such as cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl or cyclooctyl.
Der Ausdruck Aryl umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein- oder mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffreste, die unsubstituiert oder substituiert sein können. Der Ausdruck Aryl steht vorzugsweise für Phenyl, ToIyI, XyIyI, Mesityl, Duryl, Naphthyl, Fluorenyl, Anthracenyl, Phenanthrenyl oder Naphthyl, besonders bevorzugt für Phenyl oder Naphthyl, wobei diese Arylgruppen im Falle einer Substitution im Allgemeinen 1 , 2, 3, 4 oder 5, vorzugsweise 1 , 2 oder 3 Substituenten tragen können.The term aryl in the context of the present invention comprises mononuclear or polynuclear aromatic hydrocarbon radicals which may be unsubstituted or substituted. The term aryl is preferably phenyl, ToIyI, XyIyI, mesityl, Duryl, naphthyl, fluorenyl, anthracenyl, phenanthrenyl or naphthyl, particularly preferably phenyl or naphthyl, said aryl groups in the case of a substitution generally 1, 2, 3, 4 or 5, preferably 1, 2 or 3 substituents can carry.
Zur Synthese von für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten hyperverzweigten Polymeren eignen sich insbesondere so genannte ABX-Monomere. Diese weisen zwei verschiedene funktionelle Gruppen A und B auf, die unter Bildung einer Verknüpfung miteinander reagieren können. Die funktionelle Gruppe A ist dabei nur einmal pro Molekül enthalten und die funktionelle Gruppe B zweifach oder mehrfach (z. B. AB2- oder AB3-Monomere). Die ABX-Monomere können dabei einerseits vollständig in Form von Verzweigungen in das hyperverzweigte Polymer eingebaut werden, sie können als terminale Gruppen eingebaut werden, also noch x freie B-Gruppen aufweisen, und sie können als lineare Gruppen mit (x-1 ) freien B-Gruppen eingebaut sein. Die erhaltenen hyperverzweigten Polymere weisen je nach dem Polymerisationsgrad eine mehr oder weniger große Anzahl von B-Gruppen, entweder terminal oder als Seitengruppen auf. Nähere Einzelheiten sind beispielsweise in Journal of Molecular Science, Rev. Macromol. Chem. Phys., C37(3), 555-579 (1997), zu finden.For the synthesis of hyperbranched polymers suitable for use in the process according to the invention, in particular so-called AB X monomers are suitable. These have two different functional groups A and B, which can react with each other to form a linkage. The functional group A is included only once per molecule and the functional group B two or more times (eg AB2 or AB3 monomers). On the one hand, the AB X monomers can be incorporated completely in the form of branches into the hyperbranched polymer, they can be incorporated as terminal groups, thus still have x free B groups, and they can be linear groups with (x-1) free B groups are incorporated. Depending on the degree of polymerization, the hyperbranched polymers obtained have a greater or lesser number of B groups, either terminal or as side groups. For details, see, for example, Journal of Molecular Science, Rev. Macromol. Chem. Phys., C37 (3), 555-579 (1997).
Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß eingesetzten hyperverzweigten Polymere neben den bei der Synthese der hyperverzweigten Struktur resultierenden Gruppen (z. B. bei hyperverzweigten Polycarbonaten Carbonatgruppen, bei hyperverzweigten Polyurethanen Urethan- und/oder Harnstoffgruppen bzw. weitere aus der Reaktion von Isocyanatgruppen hervorgehende Gruppen; bei hyperverzweigten Polyamiden Amid- gruppen, etc.) wenigstens vier weitere funktionelle Gruppen auf. Die maximale Anzahl dieser funktionellen Gruppen ist in der Regel nicht kritisch. Sie beträgt jedoch vielfach nicht mehr als 100. Bevorzugt beträgt der Anteil an funktionellen Gruppen 4 bis 100, speziell 5 bis 80, und spezieller 6 bis 50.The hyperbranched polymers used according to the invention preferably have carbonate groups in the case of hyperbranched polycarbonates, hyperbranched polyurethanes urethane and / or urea groups or further groups resulting from the reaction of isocyanate groups, hyperbranched polyamides Amide groups, etc.) at least four further functional groups. The maximum number of these functional groups is usually not critical. However, it is often not more than 100. Preferably, the proportion of functional groups is 4 to 100, especially 5 to 80, and more particularly 6 to 50.
Die weiteren endständigen funktionellen Gruppen, die die erfindungsgemäß eingesetzten hyperverzweigten Polymere aufweisen, sind z. B. unabhängig voneinander ausgewählt unter -OC(=O)OR, -COOH, -COOR, -CONH2, -CONHR, -OH, -NH2, -NHR oder -SO3H. Mit OH-, COOH- und/oder -OC(=O)OR Gruppen terminierte hyperverzweigte Polymere haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.The other terminal functional groups which have the hyperbranched polymers used according to the invention are, for. B. independently selected from -OC (= O) OR, -COOH, -COOR, -CONH 2 , -CONHR, -OH, -NH 2 , -NHR or -SO 3 H. With OH, COOH and / or -OC (= O) OR-terminated hyperbranched polymers have been found to be particularly advantageous.
Hyperverzweigte PolycarbonateHyperbranched polycarbonates
Für die Verwendung zur Verbesserung der Gefrier-/Tau-Stabilität geeignete hyperver- zweigte Polycarbonaten können beispielsweise hergestellt werden durchFor example, hyperbranched polycarbonates suitable for use in improving freeze / thaw stability can be prepared by
a) Umsetzung mindestens eines organischen Carbonats (A) der allgemeinen Formel RaOC(=O)ORb mit mindestens einem aliphatischen Alkohol (B), welcher mindestens drei OH-Gruppen aufweist, unter Eliminierung von Alkoholen R3OH bzw. RbOH zu einem oder mehreren Kondensationsprodukten (K), wobei Ra und Rb jeweils unabhängig voreinander ausgewählt sind unter geradkettigen oder verzweigten Alkyl-, Arylalkyl-, Cycloalkyl- und Arylresten, wobei Ra und Rb auch gemeinsam mit der Gruppe -OC(=O)O-, an die sie gebunden sind, für ein cycli- sches Carbonat stehen können,a) reacting at least one organic carbonate (A) of the general formula R a OC (= O) OR b with at least one aliphatic alcohol (B) which has at least three OH groups, with elimination of alcohols R 3 OH or R b OH to one or more condensation products (K), wherein R a and R b are each independently selected from among straight-chain or branched alkyl, arylalkyl, cycloalkyl and aryl radicals, where R a and R b are also taken together with the group -OC ( = O) O- to which they are attached may represent a cyclic carbonate,
b) intermolekulare Umsetzung der Kondensationsprodukte (K) zu einem hochfunkti- onellen, hyperverzweigten Polycarbonat, wobei das Mengenverhältnis der OH-Gruppen zu den Carbonaten im Reaktionsgemisch so gewählt wird, dass die Kondensationsprodukte (K) im Mittel entweder eine Carbonatgruppe und mehr als eine OH-Gruppe oder eine OH-Gruppe und mehr als eine Carbonatgruppe aufweisen. Die Reste Ra und Rb können gleiche oder verschiedene Bedeutungen aufweisen. In einer speziellen Ausführung weisen Ra und Rb gleiche Bedeutungen auf. Vorzugsweise sind Ra und Rb ausgewählt unter Ci-C2o-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, Cβ-do-Arvl und C6-Cio-Aryl-Ci-C2o-alkyl, wie eingangs definiert. Ra und Rb können auch gemeinsam für eine C2-C6-Alkylen-Gruppe stehen. Besonders bevorzugt sind Ra und Rb ausgewählt unter geradkettigem und verzweigtem C1-C5- Alkyl, wie eingangs definiert.b) intermolecular conversion of the condensation products (K) into a highly functional, hyperbranched polycarbonate, wherein the quantitative ratio of the OH groups to the carbonates in the reaction mixture is selected so that the condensation products (K) have on average either a carbonate group and more than one OH group or one OH group and more than one carbonate group. The radicals R a and R b may have the same or different meanings. In a specific embodiment, R a and R b have the same meanings. Preferably, R a and R b are selected from C 1 -C 20 -alkyl, C 5 -C 7 -cycloalkyl, Cβ-do-Aryl and C 6 -C 10 -aryl-C 1 -C 20 -alkyl, as defined above. R a and R b may also together represent a C 2 -C 6 -alkylene group. R a and R b are particularly preferably selected from straight-chain and branched C 1 -C 5 -alkyl, as defined above.
Dialkyl- oder Diarylcarbonate können z. B. hergestellt werden aus der Reaktion von aliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Alkoholen, vorzugsweise Monoalko- holen mit Phosgen. Weiterhin können sie auch über oxidative Carbonylierung der Alkohole oder Phenole mittels CO in Gegenwart von Edelmetallen, Sauerstoff oder NOx hergestellt werden. Zu Herstellmethoden von Diaryl- oder Dialkylcarbonaten siehe auch "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 6th Edition, 2000 Electronic Release, Verlag Wiley-VCH.Dialkyl or diaryl carbonates may, for. Example, be prepared from the reaction of aliphatic, araliphatic or aromatic alcohols, preferably monoalko- get with phosgene. Furthermore, they can also be prepared via oxidative carbonylation of the alcohols or phenols by means of CO in the presence of noble metals, oxygen or NO x . For preparation methods of diaryl or dialkyl carbonates, see also "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 6 th Edition, 2000 Electronic Release, Verlag Wiley-VCH.
Beispiele geeigneter Carbonate umfassen aliphatische oder aromatische Carbonate wie Ethylencarbonat, 1 ,2- oder 1 ,3-Propylencarbonat, Diphenylcarbonat, Ditolylcarbo- nat, Dixylylcarbonat, Dinaphthylcarbonat, Ethylphenylcarbonat, Dibenzylcarbonat, Di- methylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dibutylcarbonat, Diisobutylcarbo- nat, Dipentylcarbonat, Dihexylcarbonat, Dicyclohexylcarbonat, Diheptylcarbonat, Di- octylcarbonat, Didecylacarbonat und Didodecylcarbonat.Examples of suitable carbonates include aliphatic or aromatic carbonates, such as ethylene carbonate, 1, 2 or 1, 3-propylene carbonate, diphenyl carbonate, ditolyl carbonate, dixylyl carbonate, dinaphthyl carbonate, ethylphenyl carbonate, dibenzyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, diisobutyl carbonate, Dipentyl carbonate, dihexyl carbonate, dicyclohexyl carbonate, diheptyl carbonate, di-octyl carbonate, didecylacarbonate and didodecyl carbonate.
Bevorzugt werden aliphatische Carbonate eingesetzt, insbesondere solche, bei denen die Reste 1 bis 5 C-Atome umfassen, wie z. B. Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dibutylcarbonat oder Diisobutylcarbonat.Aliphatic carbonates are preferably used, in particular those in which the radicals comprise 1 to 5 carbon atoms, such as. For example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate or diisobutyl carbonate.
Die organischen Carbonate werden mit mindestens einem aliphatischen Alkohol (B), welcher mindestens drei OH-Gruppen aufweist oder Gemischen zweier oder mehrerer verschiedener Alkohole umgesetzt.The organic carbonates are reacted with at least one aliphatic alcohol (B) which has at least three OH groups or mixtures of two or more different alcohols.
Beispiele für Verbindungen mit mindestens drei OH-Gruppen sind Glycerin, Trimethy- lolmethan, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1 ,2,4-Butantriol, Tris(hydroxy- methyl)amin, Tris(hydroxyethyl)amin, Tris(hydroxypropyl)amin, Pentaerythrit, Bis(tri- methylolpropan), Di(pentaerythrit), Di- Tri- oder Oligoglycerine, oder Zucker, wie z. B. Glucose, tri- oder höherfunktionelle Polyetherole auf Basis tri- oder höherfunktioneller Alkohole und Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid, oder Polyesterole. Dabei sind Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1 ,2,4-Butantriol, Pentaerythrit, so- wie deren Polyetherole auf Basis von Ethylenoxid oder Propylenoxid besonders bevorzugt.Examples of compounds having at least three OH groups are glycerol, trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1, 2,4-butanetriol, tris (hydroxymethyl) amine, tris (hydroxyethyl) amine, tris (hydroxypropyl) amine, pentaerythritol, Bis (trimethylolpropane), di (pentaerythritol), di-tri- or oligoglycerols, or sugars, such as. As glucose, tri- or higher functional polyetherols based on tri- or higher functional alcohols and ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide, or polyesterols. Glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1, 2,4-butanetriol, pentaerythritol, as their polyethers based on ethylene oxide or propylene oxide is particularly preferred.
Diese mehrfunktionellen Alkohole können auch in Mischung mit difunktionellen Alkoho- len (B') eingesetzt werden, mit der Maßgabe, dass die mittlere OH-Funktionalität aller eingesetzten Alkohole zusammen größer als 2 ist. Beispiele geeigneter Verbindungen mit zwei OH-Gruppen umfassen Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1 ,2- und 1 ,3-Propandiol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Neopentylglykol, 1 ,2-, 1 ,3- und 1 ,4-Butandiol, 1 ,2-, 1 ,3- und 1 ,5-Pentandiol, Hexandiol, Cyclopentandiol, Cyclohexan- diol, Cyclohexandimethanol, difunktionelle Polyether- oder Polyesterole.These polyhydric alcohols can also be used in mixture with difunctional alcohols (B '), with the proviso that the average OH functionality of all the alcohols used together is greater than 2. Examples of suitable compounds having two OH groups include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1, 2 and 1, 3-propanediol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, neopentyl glycol, 1, 2, 1, 3 and 1, 4-butanediol, 1, 2-, 1, 3- and 1, 5-pentanediol, hexanediol, cyclopentanediol, cyclohexanediol, cyclohexanedimethanol, difunctional polyether or polyesterols.
Die Reaktion des Carbonats mit dem Alkohol oder Alkoholgemisch zum erfindungsgemäßen verwendeten hochfunktionellen hyperverzweigten Polycarbonat erfolgt unter Eliminierung des monofunktionellen Alkohols oder Phenols aus dem Carbonat-Molekül.The reaction of the carbonate with the alcohol or alcohol mixture to the highly functional hyperbranched polycarbonate used according to the invention takes place with elimination of the monofunctional alcohol or phenol from the carbonate molecule.
Die nach dem geschilderten Verfahren gebildeten hochfunktionellen hyperverzweigten Polycarbonate sind nach der Reaktion, also ohne weitere Modifikation, mit Hydroxylgruppen und/oder mit Carbonatgruppen terminiert. Sie lösen sich gut in verschiedenen Lösemitteln, z. B. in Wasser, Alkoholen, wie Methanol, Ethanol, Butanol, Alkohol/- Wasser-Mischungen, Aceton, 2-Butanon, Essigester, Butylacetat, Methoxypropylace- tat, Methoxyethylacetat, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Ethylencarbonat oder Propylencarbonat.The highly functional hyperbranched polycarbonates formed by the process described are terminated after the reaction, ie without further modification, with hydroxyl groups and / or with carbonate groups. They dissolve well in various solvents, eg. Example in water, alcohols, such as methanol, ethanol, butanol, alcohol / - water mixtures, acetone, 2-butanone, ethyl acetate, butyl acetate, Methoxypropylace- tat, methoxyethyl acetate, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, ethylene carbonate or propylene carbonate ,
Unter einem hochfunktionellen Polycarbonat ist im Rahmen dieser Erfindung ein Pro- dukt zu verstehen, das neben den Carbonatgruppen, die das Polymergerüst bilden, end- oder seitenständig weiterhin mindestens vier, bevorzugt mindestens acht funktionelle Gruppen aufweist. Bei den funktionellen Gruppen handelt es sich um Carbonatgruppen und/oder um OH-Gruppen. Die Anzahl der end- oder seitenständigen funktionellen Gruppen ist prinzipiell nach oben nicht beschränkt, jedoch können Produkte mit sehr hoher Anzahl funktioneller Gruppen unerwünschte Eigenschaften, wie beispielsweise hohe Viskosität oder schlechte Löslichkeit, aufweisen. Die hochfunktionellen Polycarbonate der vorliegenden Erfindung weisen zumeist nicht mehr als 500 end- oder seitenständige funktionelle Gruppen, bevorzugt nicht mehr als 100, insbesondere nicht mehr als 50 end- oder seitenständige funktionelle Gruppen auf.In the context of this invention, a highly functional polycarbonate is to be understood as meaning a product which, in addition to the carbonate groups which form the polymer backbone, also has at least four, preferably at least eight, functional groups at the end or at the side. The functional groups are carbonate groups and / or OH groups. In principle, the number of terminal or pendant functional groups is not limited to the top, but products having a very large number of functional groups may have undesirable properties such as high viscosity or poor solubility. The high-functionality polycarbonates of the present invention generally have not more than 500 terminal or pendant functional groups, preferably not more than 100, in particular not more than 50 terminal or pendant functional groups.
Bei der Herstellung der hochfunktionellen Polycarbonate ist es notwendig, das Verhältnis von den OH-Gruppen enthaltenden Verbindungen zu dem Carbonat so einzustellen, dass das resultierende einfachste Kondensationsprodukt (im weiteren Kondensationsprodukt (K) genannt) im Mittel entweder eine Carbonatgruppe und mehr als eine OH-Gruppe oder eine OH-Gruppe und mehr als eine Carbonatgruppe enthält. Die einfachste Struktur des Kondensationsproduktes (K) aus einem Carbonat (A) und einem Di- oder Polyalkohol (B) ergibt dabei die Anordnung XYn oder YXn, wobei X eine Car- bonatgruppe, Y eine Hydroxylgruppe und n in der Regel eine Zahl zwischen 1 und 6, vorzugsweise zwischen 1 und 4, besonders bevorzugt zwischen 1 und 3 darstellt. Die reaktive Gruppe, die dabei als einzelne Gruppe resultiert, wird im Folgenden generell "fokale Gruppe" genannt.In the preparation of the high-functionality polycarbonates, it is necessary to adjust the ratio of the compounds containing OH groups to the carbonate so that the resulting simplest condensation product (referred to hereinafter as condensation product (K)) has on average either one carbonate group and more than one OH group. Contains group or an OH group and more than one carbonate group. The simplest structure of the condensation product (K) from a carbonate (A) and a di- or polyalcohol (B) results in the arrangement XY n or YX n , where X is a carbene Y is a hydroxyl group and n is generally a number between 1 and 6, preferably between 1 and 4, particularly preferably between 1 and 3. The reactive group, which thereby results as a single group, is generally referred to below as the "focal group".
Liegt beispielsweise bei der Herstellung des einfachsten Kondensationsproduktes (K) aus einem Carbonat und einem zweiwertigen Alkohol das Umsetzungsverhältnis bei 1 : 1 , so resultiert im Mittel ein Molekül des Typs XY, veranschaulicht durch die allgemeine Formel 1.If, for example, in the preparation of the simplest condensation product (K) from a carbonate and a dihydric alcohol, the reaction ratio is 1: 1, the average results in a molecule of the type XY, illustrated by the general formula 1.
Bei der Herstellung des Kondensationsproduktes (K) aus einem Carbonat und einem dreiwertigen Alkohol bei einem Umsetzungsverhältnis von 1 : 1 resultiert im Mittel ein Molekül des Typs XY2, veranschaulicht durch die allgemeine Formel 2. Fokale Gruppe ist hier eine Carbonatgruppe.In the preparation of the condensation product (K) from a carbonate and a trihydric alcohol at a conversion ratio of 1: 1 results in the average molecule of the type XY2, illustrated by the general formula 2. Focal group here is a carbonate group.
Bei der Herstellung des Kondensationsproduktes (K) aus einem Carbonat und einem vierwertigen Alkohol ebenfalls mit dem Umsetzungsverhältnis 1 : 1 resultiert im Mittel ein Molekül des Typs XY3, veranschaulicht durch die allgemeine Formel 3. Fokale Gruppe ist hier eine Carbonatgruppe.In the preparation of the condensation product (K) from a carbonate and a tetrahydric alcohol also with the conversion ratio 1: 1 results in the average, a molecule of the type XY3, illustrated by the general formula 3. Focal group here is a carbonate group.
In den Formeln 1 bis 3 hat R die eingangs definierte Bedeutung und R1 steht für einen aliphatischen Rest.In the formulas 1 to 3, R has the meaning defined above and R 1 is an aliphatic radical.
Weiterhin kann die Herstellung des Kondensationsprodukts (K) z. B. auch aus einem Carbonat und einem dreiwertigen Alkohol, veranschaulicht durch die allgemeine Formel 4, erfolgen, wobei das molare Umsetzungsverhältnis bei 2 : 1 liegt. Hier resultiert im Mittel ein Molekül des Typs X2Y, fokale Gruppe ist hier eine OH-Gruppe. In der Formel 4 haben R und R1 die gleiche Bedeutung wie in den Formeln 1 bis 3. Furthermore, the preparation of the condensation product (K) z. B. also from a carbonate and a trihydric alcohol, illustrated by the general formula 4, take place, wherein the molar conversion ratio is 2: 1. This results in the average molecule of type X2Y, focal group here is an OH group. In the formula 4, R and R 1 have the same meaning as in the formulas 1 to 3.
Werden zu den Komponenten zusätzlich difunktionelle Verbindungen, z. B. ein Dicar- bonat oder ein Diol gegeben, so bewirkt dies eine Verlängerung der Ketten, wie bei- spielsweise in der allgemeinen Formel 5 veranschaulicht. Es resultiert wieder im Mittel ein Molekül des Typs XY2, fokale Gruppe ist eine Carbonatgruppe.Are the components additionally difunctional compounds, eg. For example, given a dicarbonate or a diol, this causes an extension of the chains, as illustrated for example in the general formula 5. The result is again on average a molecule of the type XY2, focal group is a carbonate group.
In Formel 5 bedeutet R2 einen organischen, bevorzugt aliphatischen Rest, R und R1 sind wie vorstehend beschrieben definiert.In formula 5, R 2 is an organic, preferably aliphatic radical, R and R 1 are defined as described above.
Die beispielhaft in den Formeln 1 bis 5 beschriebenen einfachen Kondensationsprodukte (K) reagieren erfindungsgemäß bevorzugt intermolekular unter Bildung von hochfunktionellen Polykondensationsprodukten, im Folgenden Polykondensationspro- dukte (P) genannt. Die Umsetzung zum Kondensationsprodukt (K) und zum Polykon- densationsprodukt (P) erfolgt üblicherweise bei einer Temperatur von O bis 250 0C, bevorzugt bei 60 bis 160 0C in Substanz oder in Lösung. Dabei können allgemein alle Lösungsmittel verwendet werden, die gegenüber den jeweiligen Edukten inert sind. Bevorzugt verwendet werden organische Lösungsmittel, wie z. B. Decan, Dodecan, Benzol, Toluol, Chlorbenzol, XyIoI, Dimethylformamid, Dimethylacetamid oder Solvent Naphtha.The simple condensation products (K) described by way of example in the formulas 1 to 5 preferably react according to the invention intermolecularly to form highly functional polycondensation products, referred to below as polycondensation products (P). The reaction to give the condensate (K) and the polycondensation densationsprodukt (P) is usually carried out at a temperature of 0 to 250 ° C, preferably at 60 to 160 0 C in bulk or in solution. In general, all solvents can be used which are inert to the respective starting materials. Preference is given to using organic solvents, such as. As decane, dodecane, benzene, toluene, chlorobenzene, XyIoI, dimethylformamide, dimethylacetamide or solvent naphtha.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kondensationsreaktion in Substanz durchgeführt. Der bei der Reaktion freiwerdende monofunktionelle Alkohol ROH oder das Phenol, kann zur Beschleunigung der Reaktion destillativ, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, aus dem Reaktionsgleichgewicht entfernt werden.In a preferred embodiment, the condensation reaction is carried out in bulk. The monofunctional alcohol ROH or phenol liberated in the reaction can be removed from the reaction equilibrium by distillation, optionally under reduced pressure, to accelerate the reaction.
Falls Abdestillieren vorgesehen ist, ist es regelmäßig empfehlenswert, solche Carbona- te einzusetzen, welche bei der Umsetzung Alkohole ROH mit einem Siedepunkt von weniger als 140 0C freisetzen. Zur Beschleunigung der Reaktion können auch Katalysatoren oder Katalysatorgemische zugegeben werden. Geeignete Katalysatoren sind Verbindungen, die Vereste- rungs- oder Umesterungsreaktionen katalysieren, z. B. Alkalihydroxide, Alkalicarbona- te, Alkalihydrogencarbonate, vorzugsweise des Natriums, Kaliums oder Cäsiums, terti- äre Amine, Guanidine, Ammoniumverbindungen, Phosphoniumverbindungen, Aluminium-, Zinn-, Zink, Titan-, Zirkon- oder Wismut-organische Verbindungen, weiterhin so genannte Doppelmetallcyanid (DMC)-Katalysatoren, wie z. B. in der DE 10138216 oder in der DE 10147712 beschrieben.If removal by distillation is intended, it is generally advisable to use those carbonates te, which during the implementation of alcohols ROH with a boiling point of less than 140 0 C. To accelerate the reaction, it is also possible to add catalysts or catalyst mixtures. Suitable catalysts are compounds which catalyze esterification or transesterification reactions, e.g. For example, alkali metal hydroxides, alkali metal carbonates, alkali metal bicarbonates, preferably of sodium, potassium or cesium, tertiary amines, guanidines, ammonium compounds, phosphonium compounds, aluminum, tin, zinc, titanium, zirconium or bismuth organic compounds, continue so called double metal cyanide (DMC) catalysts, such as. B. in DE 10138216 or DE 10147712 described.
Vorzugsweise werden Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Di- azabicyclooctan (DABCO), Diazabicyclononen (DBN), Diazabicycloundecen (DBU), Imidazole, wie Imidazol, 1-Methylimidazol oder 1 ,2-Dimethylimidazol, Titantetrabutylat, Titantetraisopropylat, Dibutylzinnoxid, Dibutylzinndilaurat, Zinndioctoat, Zirkonacetyla- cetonat oder Gemische davon eingesetzt.Preference is given to potassium hydroxide, potassium carbonate, potassium bicarbonate, diazabicyclooctane (DABCO), diazabicyclononene (DBN), diazabicycloundecene (DBU), imidazoles, such as imidazole, 1-methylimidazole or 1,2-dimethylimidazole, titanium tetrabutylate, titanium tetraisopropylate, dibutyltin oxide, dibutyltin dilaurate, tin dioctoate, Zirconium acetylacetonate or mixtures thereof.
Die Zugabe des Katalysators erfolgt im Allgemeinen in einer Menge von 50 bis 10 000, bevorzugt von 100 bis 5000 Gew. ppm bezogen auf die Menge des eingesetzten Alkohols oder Alkoholgemisches.The addition of the catalyst is generally carried out in an amount of 50 to 10,000, preferably from 100 to 5000 ppm by weight, based on the amount of the alcohol or alcohol mixture used.
Ferner ist es auch möglich, sowohl durch Zugabe des geeigneten Katalysators, als auch durch Wahl einer geeigneten Temperatur die intermolekulare Polykondensations- reaktion zu steuern. Weiterhin lässt sich über die Zusammensetzung der Ausgangskomponenten und über die Verweilzeit das mittlere Molekulargewicht des Polymeren (P) einstellen.Furthermore, it is also possible to control the intermolecular polycondensation reaction both by adding the appropriate catalyst and by selecting a suitable temperature. Furthermore, the average molecular weight of the polymer (P) can be adjusted via the composition of the starting components and over the residence time.
Die Kondensationsprodukte (K) bzw. die Polykondensationsprodukte (P), die bei erhöhter Temperatur hergestellt wurden, sind bei Raumtemperatur üblicherweise über einen längeren Zeitraum stabil.The condensation products (K) or the polycondensation products (P), which were prepared at elevated temperature, are usually stable at room temperature for a longer period.
Aufgrund der Beschaffenheit der Kondensationsprodukte (K) ist es möglich, dass aus der Kondensationsreaktion Polykondensationsprodukte (P) mit unterschiedlichen Strukturen resultieren können, die Verzweigungen, aber keine Vernetzungen aufweisen. Ferner weisen die Polykondensationsprodukte (P) im Idealfall entweder eine Car- bonatgruppe als fokale Gruppe und mehr als zwei OH-Gruppen oder aber eine OH- Gruppe als fokale Gruppe und mehr als zwei Carbonatgruppen auf. Die Anzahl der reaktiven Gruppen ergibt sich dabei aus der Beschaffenheit der eingesetzten Kondensationsprodukte (K) und dem Polykondensationsgrad.Due to the nature of the condensation products (K), it is possible that the condensation reaction may result in polycondensation products (P) having different structures that have branches but no crosslinks. Furthermore, the polycondensation products (P) ideally have either a carbonate group as a focal group and more than two OH groups or an OH group as a focal group and more than two carbonate groups. The number of reactive groups results from the nature of the condensation products used (K) and the degree of polycondensation.
Beispielsweise kann ein Kondensationsprodukt (K) gemäß der allgemeinen Formel 2 durch dreifache intermolekulare Kondensation zu zwei verschiedenen Polykondensati- onsprodukten (P), die in den allgemeinen Formeln 6 und 7 wiedergegeben werden, reagieren. For example, a condensation product (K) according to the general formula 2 by three-fold intermolecular condensation to two different polycondensation onsprodukten (P), which are represented in the general formulas 6 and 7, react.
In Formel 6 und 7 sind R und R1 wie vorstehend definiert.In formulas 6 and 7, R and R 1 are as defined above.
Zum Abbruch der intermolekularen Polykondensationsreaktion gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann die Temperatur auf einen Bereich abgesenkt werden, in dem die Reaktion zum Stillstand kommt und das Produkt (K) oder das Polykon- densationsprodukt (P) lagerstabil ist.There are various possibilities for stopping the intermolecular polycondensation reaction. For example, the temperature can be lowered to a range in which the reaction comes to a standstill and the product (K) or the polycondensation product (P) is storage-stable.
In einer weiteren Ausführungsform kann, sobald aufgrund der intermolekularen Reaktion des Kondensationsproduktes (K) ein Polykondensationsprodukt (P) mit gewünschten Polykondensationsgrad vorliegt, dem Produkt (P) zum Abbruch der Reaktion ein Produkt mit gegenüber der fokalen Gruppe von (P) reaktiven Gruppen zugesetzt wer- den. So kann bei einer Carbonatgruppe als fokaler Gruppe z. B. ein Mono-, Di- oder Polyamin zugegeben werden. Bei einer Hydroxylgruppe als fokaler Gruppe kann dem Produkt (P) beispielsweise ein Mono-, Di- oder Polyisocyanat, eine Epoxidgruppen enthaltende Verbindung oder ein mit OH-Gruppen reaktives Säurederivat zugegeben werden.In a further embodiment, as soon as a polycondensation product (P) with the desired degree of polycondensation is present due to the intermolecular reaction of the condensation product (K), the product (P) to terminate the reaction is added to a product having groups which are reactive towards the focal group of (P) - the. Thus, in a carbonate group as a focal group z. As a mono-, di- or polyamine are added. In the case of a hydroxyl group as the focal group, the product (P) may be added with, for example, a mono-, di- or polyisocyanate, an epoxy group-containing compound or an OH group-reactive acid derivative.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen hochfunktionellen Polycarbonate erfolgt zumeist in einem Druckbereich von 0,1 mbar bis 20 bar, bevorzugt bei 1 mbar bis 5 bar, in Reaktoren oder Reaktorkaskaden, die im Batchbetrieb, halbkontinuierlich oder kontinuierlich betrieben werden.The preparation of the high-functionality polycarbonates according to the invention is usually carried out in a pressure range from 0.1 mbar to 20 bar, preferably at 1 mbar to 5 bar, in reactors or reactor cascades which are operated batchwise, semicontinuously or continuously.
Durch die vorgenannte Einstellung der Reaktionsbedingungen und gegebenenfalls durch die Wahl des geeigneten Lösemittels können die Produkte nach der Herstellung ohne weitere Reinigung weiterverarbeitet werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Polycarbonate neben den bereits durch die Reaktion erhaltenden funktionellen Gruppen weitere funktionelle Gruppen erhalten. Die Funktionalisierung kann dabei während des Molekulargewichtsaufbaus oder auch nachträglich, d. h. nach Beendigung der eigentlichen PoIy- kondensation erfolgen.By the aforementioned adjustment of the reaction conditions and optionally by the choice of the appropriate solvent, the products can be further processed after preparation without further purification. In a further preferred embodiment, the polycarbonates, in addition to the functional groups already obtained by the reaction, can be given further functional groups. The functionalization can take place during the molecular weight build-up or else subsequently, ie after the end of the actual polycondensation.
Gibt man vor oder während des Molekulargewichtsaufbaus Komponenten zu, die neben Hydroxyl- oder Carbonatgruppen weitere funktionelle Gruppen oder funktionelle Elemente besitzen, so erhält man ein Polycarbonat-Polymer mit statistisch verteilten von den Carbonat- oder Hydroxylgruppen verschiedenen Funktionalitäten.If, before or during the molecular weight build-up, components which have other functional groups or functional groups in addition to hydroxyl or carbonate groups are obtained, a polycarbonate polymer having randomly distributed functionalities other than the carbonate or hydroxyl groups is obtained.
Derartige Effekte lassen sich z. B. durch Zusatz von Verbindungen während der PoIy- kondensation erzielen, die neben Hydroxylgruppen oder Carbonatgruppen weitere funktionelle Gruppen oder funktionelle Elemente, wie Mercaptogruppen, primäre, se- kundäre oder tertiäre Aminogruppen, Ethergruppen, Derivate von Carbonsäuren, Derivate von Sulfonsäuren, Derivate von Phosphonsäuren, Arylreste oder langkettige Alkyl- reste tragen. Zur Modifikation mittels Carbamatgruppen lassen sich beispielsweise Ethanolamin, Propanolamin, Isopropanolamin, 2-(Butylamino)ethanol, 2-(Cyclo- hexylamino)ethanol, 2-Amino-1-butanol, 2-(2'-Amino-ethoxy)ethanol oder höhere Alko- xylierungsprodukte des Ammoniaks, 4-Hydroxypiperidin, 1-Hydroxyethylpiperazin,Such effects can be z. B. by addition of compounds during the polycondensation, in addition to hydroxyl or carbonate groups further functional groups or functional elements, such as mercapto, primary, secondary or tertiary amino groups, ether groups, derivatives of carboxylic acids, derivatives of sulfonic acids, derivatives of phosphonic acids , Aryl radicals or long-chain alkyl radicals. For modification by means of carbamate groups, for example, ethanolamine, propanolamine, isopropanolamine, 2- (butylamino) ethanol, 2- (cyclohexylamino) ethanol, 2-amino-1-butanol, 2- (2'-aminoethoxy) ethanol or higher can be used Alkoxylation products of ammonia, 4-hydroxypiperidine, 1-hydroxyethylpiperazine,
Diethanolamin, Dipropanolamin, Diisopropanolamin, Tris(hydroxymethyl)aminomethan, Tris(hydroxyethyl)aminomethan, Ethylendiamin, Propylendiamin, Hexamethylendiamin oder Isophorondiamin verwenden.Diethanolamine, dipropanolamine, diisopropanolamine, tris (hydroxymethyl) aminomethane, tris (hydroxyethyl) aminomethane, ethylenediamine, propylenediamine, hexamethylenediamine or isophoronediamine.
Für die Modifikation mit Mercaptogruppen lässt sich z. B. Mercaptoethanol oder Thio- glycerin einsetzten. Tertiäre Aminogruppen lassen sich z. B. durch Einbau von N-Methyldiethanolamin, N-Methyldipropanolamin oder N,N-Dimethylethanolamin erzeugen. Ethergruppen können z. B. durch Einkondensation von di- oder höherfunktio- nellen Polyetherolen generiert werden. Durch Reaktion mit langkettigen Alkandiolen lassen sich langkettige Alkylreste einbringen, die Reaktion mit Alkyl- oder Aryldiisocya- naten generiert Alkyl-, Aryl- und Urethangruppen aufweisende Polycarbonate.For the modification with mercapto groups can be z. As mercaptoethanol or thioglycerol. Tertiary amino groups can be z. B. by incorporation of N-methyldiethanolamine, N-methyldipropanolamine or N, N-dimethylethanolamine produce. Ether groups may, for. B. by condensation of di- or higher-functional polyetherols are generated. Long-chain alkyl radicals can be introduced by reaction with long-chain alkanediols, the reaction with alkyl or aryl diisocyanates generates polycarbonates having alkyl, aryl and urethane groups.
Eine nachträgliche Funktionalisierung kann man erhalten, indem das erhaltene hoch- funktionelle, hyperverzweigte Polycarbonat mit einem geeigneten Funktionalisierungs- reagenz, welches mit den OH- und/oder Carbonat-Gruppen des Polycarbonates reagieren kann, umsetzt.Subsequent functionalization can be obtained by reacting the resulting highly functional, hyperbranched polycarbonate with a suitable functionalizing reagent which can react with the OH and / or carbonate groups of the polycarbonate.
Hydroxylgruppen enthaltende hochfunktionelle, hyperverzweigte Polycarbonate können z. B. durch Zugabe von Säuregruppen- oder Isocyanatgruppen enthaltenden Molekü- len modifiziert werden. Beispielsweise lassen sich Säuregruppen enthaltende Polycarbonate durch Umsetzung mit Anhydridgruppen enthaltenden Verbindungen erhalten. Weiterhin können Hydroxylgruppen enthaltende hochfunktionelle Polycarbonate auch durch Umsetzung mit Alkylenoxiden, z. B. Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid, in hochfunktionelle Polycarbonat-Polyetherpolyole überführt werden.Hydroxyl-containing high-functionality, hyperbranched polycarbonates may, for. B. be modified by the addition of molecules containing acid groups or isocyanate groups. For example, polycarbonates containing acid groups can be obtained by reaction with compounds containing anhydride groups. Furthermore, hydroxyl-containing high-functionality polycarbonates by reaction with alkylene oxides, for. For example, ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide are converted into highly functional polycarbonate polyether polyols.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in seiner Wirtschaftlichkeit. Sowohl die Umsetzung zu einem Kondensationsprodukt (K) oder Polykondensations- produkt (P) als auch die Reaktion von (K) oder (P) zu Polycarbonaten mit anderen funktionellen Gruppen oder Elementen kann in einer Reaktionsvorrichtung erfolgen, was technisch und wirtschaftlich vorteilhaft ist.A great advantage of the method according to the invention lies in its economy. Both the conversion to a condensation product (K) or polycondensation product (P) and the reaction of (K) or (P) to polycarbonates with other functional groups or elements can be carried out in a reaction apparatus, which is technically and economically advantageous.
Hyperverzweigte PolyesterHyperbranched polyester
Bevorzugt werden als hyperverzweigte Polyester solche vom A2BX-Typ eingesetzt. Besonders bevorzugt sind hyperverzweigte Polyester vom A2B3-TVP. Diese weisen ge- genüber hyperverzweigten Polyestern vom AB2-Typ eine weniger starre Struktur auf. Daher sind hyperverzweigte Polyester vom AB2-Typ weniger bevorzugt. Für die Verwendung zur Verbesserung der Gefrier-/Tau-Stabilität geeignete hyperverzweigte Polyester sind erhältlich durch Umsetzung mindestens einer aliphatischen, cycloaliphati- schen, araliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäure (A2) oder von Derivaten der- selben mitPreferably, as hyperbranched polyesters such by A2B X type. Particularly preferred are hyperbranched polyesters from A2B3-TVP. These have a less rigid structure than hyperbranched AB2-type polyesters. Therefore, hyperbranched AB2-type polyesters are less preferred. Hyperbranched polyesters suitable for use in improving freeze-thaw stability are obtainable by reacting at least one aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic dicarboxylic acid (A2) or derivatives thereof
a) mindestens einem mindestens trifunktionellen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Alkohol (B3), odera) at least one at least trifunctional aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic alcohol (B3), or
b) mit mindestens einem zweiwertigen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Alkohol (B2) mit mindestens einem x-wertigen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Alkohol (Cx), der mehr als zwei OH-Gruppen aufweist, wobei x eine Zahl größer 2, vorzugsweise 3 bis 8, besonders bevorzugt 3 bis 6, ganz besonders bevorzugt 3 bis 4 und insbe- sondere 3 ist,b) with at least one divalent aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic alcohol (B2) having at least one x-valent aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic alcohol (C x ) having more than two OH groups, where x is a number greater 2, preferably 3 to 8, particularly preferably 3 to 6, very particularly preferably 3 to 4 and in particular 3,
oder durch Umsetzung mindestens einer aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Carbonsäure (Dy) oder deren Derivaten, die mehr als zwei Säuregruppen aufweist, wobei y eine Zahl größer 2, vorzugsweise 3 bis 8, besonders bevorzugt 3 bis 6, ganz besonders bevorzugt 3 bis 4 und insbesondere 3 ist, mitor by reacting at least one aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic carboxylic acid (D y ) or derivatives thereof which has more than two acid groups, where y is a number greater than 2, preferably 3 to 8, particularly preferably 3 to 6, very particularly preferably 3 to 4 and in particular 3 is, with
c) mindestens einem mindestens difunktionellen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Alkohol (B2), oderc) at least one at least difunctional aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic alcohol (B2), or
d) mit mindestens einem zweiwertigen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Alkohol (B2) mit mindestens einem x-wertigen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Alkohol (Cx), der mehr als zwei OH-Gruppen aufweist, wobei x eine Zahl größer 2, vorzugsweise 3 bis 8, besonders bevorzugt 3 bis 6, ganz besonders bevorzugt 3 bis 4 und insbesondere 3 ist,d) with at least one divalent aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic alcohol (B2) with at least one x-valent aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic alcohol (C x ), the has more than two OH groups, where x is a number greater than 2, preferably 3 to 8, particularly preferably 3 to 6, very particularly preferably 3 to 4 and in particular 3,
e) gegebenenfalls in Gegenwart weiterer funktionalisierter Bausteine E unde) optionally in the presence of further functionalized units E and
f) optional anschließender Umsetzung mit einer Monocarbonsäure F,f) optionally subsequent reaction with a monocarboxylic acid F,
wobei man das Verhältnis der reaktiven Gruppen im Reaktionsgemisch so wählt, dass sich ein molares Verhältnis von OH-Gruppen zu Carboxylgruppen oder deren Derivaten von 5 : 1 bis 1 : 5, vorzugsweise von 4 : 1 bis 1 : 4, besonders bevorzugt von 3 : 1 bis 1 : 3 und ganz besonders bevorzugt von 2 : 1 bis 1 : 2 einstellt.wherein the ratio of the reactive groups in the reaction mixture is selected so that a molar ratio of OH groups to carboxyl groups or derivatives thereof of 5: 1 to 1: 5, preferably from 4: 1 to 1: 4, particularly preferably from 3: 1 to 1: 3 and most preferably from 2: 1 to 1: 2 sets.
Unter hyperverzweigten Polyestern werden im Rahmen dieser Erfindung unvernetzte Polyester mit Hydroxyl- und Carboxylgruppen verstanden, die sowohl strukturell als auch molekular uneinheitlich sind. Unvernetzt im Rahmen dieser Schrift bedeutet, dass ein Vernetzungsgrad von weniger als 15 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 10 Gew.- %, bestimmt über den unlöslichen Anteil des Polymeren, vorhanden ist. Der unlösliche Anteil des Polymeren wurde bestimmt durch vierstündige Extraktion mit dem gleichen Lösungsmittel, wie es für die Gelpermeationschromatographie verwendet wird, also Tetrahydrofuran oder Hexafluorisopropanol, je nachdem, in welchem Lösungsmittel das Polymer besser löslich ist, in einer Soxhlet-Apparatur und Trocknung des Rückstandes bis zur Gewichtskonstanz sowie Wägung des Rückstandes.Hyperbranched polyesters in the context of this invention are understood as meaning uncrosslinked polyesters having hydroxyl and carboxyl groups which are structurally as well as molecularly nonuniform. Uncrosslinked in the context of this document means that a degree of crosslinking of less than 15% by weight, preferably less than 10% by weight, determined by the insoluble fraction of the polymer, is present. The insoluble portion of the polymer was determined by extraction for four hours with the same solvent as used for gel permeation chromatography, ie, tetrahydrofuran or hexafluoroisopropanol, depending on the solvent in which the polymer is more soluble, in a Soxhlet apparatus and drying the residue until to constant weight and weighing the residue.
Zu den Dicarbonsäuren (A2) gehören beispielsweise aliphatische Dicarbonsäuren, wie Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecan-α,ω-dicarbonsäure, Dodecan- α,ω-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclohexan-1 ,2-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclo- hexan-1 ,3-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclohexan-1 ,4-dicarbonsäure, eis- und trans- Cyclopentan-1 ,2-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclopentan-1 ,3-dicarbonsäure. Weiterhin können auch aromatische Dicarbonsäuren, wie z. B. Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure verwendet werden. Auch ungesättigte Dicarbonsäuren, wie Maleinsäure oder Fumarsäure, sind einsetzbar.The dicarboxylic acids (A2) include, for example, aliphatic dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, sebacic acid, undecane-α, ω-dicarboxylic acid, dodecane-α, ω-dicarboxylic acid, cis- and trans Cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclopentane-1,3-dicarboxylic acid. Furthermore, aromatic dicarboxylic acids, such as. For example, phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid. It is also possible to use unsaturated dicarboxylic acids, such as maleic acid or fumaric acid.
Die genannten Dicarbonsäuren können auch substituiert sein mit einem oder mehreren Resten, ausgewählt aus Ci-Cio-Alkylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen, Alkylengrup- pen wie Methylen oder Ethyliden oder C6-Ci4-Arylgruppen. Als beispielhafte Vertreter für substituierte Dicarbonsäuren seien genannt: 2-Methylmalonsäure, 2-Ethylmalon- säure, 2-Phenylmalonsäure, 2-Methylbernsteinsäure, 2-Ethylbernsteinsäure, 2-Phenyl- bernsteinsäure, Itaconsäure, 3,3-Dimethylglutarsäure. Weiterhin lassen sich Gemische von zwei oder mehreren der vorgenannten Dicarbon- säuren einsetzen.The dicarboxylic acids mentioned can also be substituted by one or more radicals selected from C 1 -C 10 -alkyl groups, C 3 -C 12 -cycloalkyl groups, alkylene groups such as methylene or ethylidene or C 6 -C 14 -aryl groups. Examples which may be mentioned of substituted dicarboxylic acids are: 2-methylmalonic acid, 2-ethylmalonic acid, 2-phenylmalonic acid, 2-methylsuccinic acid, 2-ethylsuccinic acid, 2-phenylsuccinic acid, itaconic acid, 3,3-dimethylglutaric acid. Furthermore, mixtures of two or more of the aforementioned dicarboxylic acids can be used.
Die Dicarbonsäuren lassen sich entweder als solche oder in Form von ihren Derivaten einsetzen.The dicarboxylic acids can be used either as such or in the form of their derivatives.
Ci-C4-Alkyl bedeutet im Einzelnen Methyl, Ethyl, iso-Propyl, n-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sek.-Butyl und tert.-Butyl, bevorzugt Methyl, Ethyl und n-Butyl, besonders bevorzugt Methyl und Ethyl und ganz besonders bevorzugt Methyl.In particular, C 1 -C 4 -alkyl is methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl, preferably methyl, ethyl and n-butyl, particularly preferably methyl and ethyl, and most preferably methyl.
Es ist auch möglich, ein Gemisch aus einer Dicarbonsäure und einem oder mehreren ihrer Derivate einzusetzen. Gleichfalls ist es möglich, ein Gemisch mehrerer verschiedener Derivate von einer oder mehreren Dicarbonsäuren einzusetzen.It is also possible to use a mixture of a dicarboxylic acid and one or more of its derivatives. Likewise, it is possible to use a mixture of several different derivatives of one or more dicarboxylic acids.
Besonders bevorzugt setzt man Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäu- re, 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ,4-Cyclohexandicarbonsäure (Hexahydrophthalsäuren), Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure oder deren Mono- oder Dialkylester ein.Particular preference is given to using malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, 1, 2, 1, 3 or 1, 4-cyclohexanedicarboxylic acid (hexahydrophthalic acids), phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid or their mono- or dialkyl esters.
Umsetzbare Tricarbonsäuren oder Polycarbonsäuren (Dy) sind beispielsweise Aconit- säure, 1 ,3,5-Cyclohexantricarbonsäure, 1 ,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1 ,3,5-Benzoltricar- bonsäure, 1 ,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure (Pyromellitsäure) sowie Mellitsäure und niedermolekulare Polyacrylsäuren.Examples of convertible tricarboxylic acids or polycarboxylic acids (D y ) are aconitic acid, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid ( Pyromellitic acid) as well as mellitic acid and low molecular weight polyacrylic acids.
Tricarbonsäuren oder Polycarbonsäuren (Dy) lassen sich entweder als solche oder aber in Form von Derivaten einsetzen.Tricarboxylic acids or polycarboxylic acids (D y ) can be used either as such or in the form of derivatives.
Derivate sind die betreffenden Anhydride in monomerer oder auch polymerer Form, Mono- oder Dialkylester, bevorzugt Mono- oder Di-Ci-C4-alkylester, besonders bevorzugt Mono- oder Dimethylester oder die entsprechenden Mono- oder Diethylester, fer- ner Mono- und Divinylester sowie gemischte Ester, bevorzugt gemischte Ester mit unterschiedlichen Ci-C4-Alkylkomponenten, besonders bevorzugt gemischte Methylethyl- ester.Derivatives are the relevant anhydrides in monomeric or else polymeric form, mono- or dialkyl esters, preferably mono- or di-C 1 -C 4 -alkyl esters, particularly preferably mono- or dimethyl esters or the corresponding mono- or diethyl esters, also mono- and divinyl esters and mixed esters, preferably mixed esters with different C 1 -C 4 -alkyl components, particularly preferably mixed methyl ethyl esters.
Es ist auch möglich, ein Gemisch aus einer Tri- oder Polycarbonsäure und einem oder mehreren ihrer Derivate einzusetzen, z. B. eine Mischung aus Pyromellitsäure und Pyromellitsäuredianhydrid. Gleichfalls ist es möglich, ein Gemisch mehrerer verschiedener Derivate von einer oder mehreren Tri- oder Polycarbonsäuren einzusetzen, z. B. eine Mischung aus 1 ,3,5-Cyclohexantricarbonsäure und Pyromellitsäuredianhydrid.It is also possible to use a mixture of a tri- or polycarboxylic acid and one or more of their derivatives, for. B. a mixture of pyromellitic acid and pyromellitic dianhydride. Likewise, it is possible to use a mixture of several different derivatives of one or more tri- or polycarboxylic acids, for. Example, a mixture of 1, 3,5-cyclohexane tricarboxylic acid and pyromellitic dianhydride.
Als Diole (B2) verwendet man beispielsweise Ethylenglykol, Propan-1 ,2-diol, Propan- 1 ,3-diol, Butan-1 ,2-diol, Butan-1 ,3-diol, Butan-1 ,4-diol, Butan-2,3-diol, Pentan-1 ,2-diol, Pentan-1 ,3-diol, Pentan-1 ,4-diol, Pentan-1 ,5-diol, Pentan-2,3-diol, Pentan-2,4-diol, Hexan-1 ,2-diol, Hexan-1 ,3-diol, Hexan-1 ,4-diol, Hexan-1 ,5-diol, Hexan-1 ,6-diol, Hexan- 2,5-diol, Heptan-1 ,2-diol 1 ,7-Heptandiol, 1 ,8-Octandiol, 1 ,2-Octandiol, 1 ,9-Nonandiol, 1 ,2-Decandiol, 1 ,10-Decandiol, 1 ,2-Dodecandiol, 1 ,12-Dodecandiol, 1 ,5-Hexadien- 3,4-diol, 1 ,2- und 1 ,3-Cyclopentandiole, 1 ,2-, 1 ,3- und 1 ,4-Cyclohexandiole, 1 ,1-, 1 ,2-, 1 ,3- und 1 ,4-Bis-(Hydroxymethyl)cyclohexane, 1 ,1-, 1 ,2-, 1 ,3- undThe diols (B2) used are, for example, ethylene glycol, propane-1,2-diol, propane-1,3-diol, butane-1,2-diol, butane-1,3-diol, butane-1,4-diol, Butane-2,3-diol, pentane-1,2-diol, pentane-1,3-diol, pentane-1,4-diol, pentane-1,5-diol, pentane-2,3-diol, pentane 2,4-diol, Hexane-1,2-diol, hexane-1,3-diol, hexane-1,4-diol, hexane-1,5-diol, hexane-1,6-diol, hexane-2,5-diol, heptane 1, 2-diol 1, 7-heptanediol, 1, 8-octanediol, 1, 2-octanediol, 1, 9-nonanediol, 1, 2-decanediol, 1, 10-decanediol, 1, 2-dodecanediol, 1, 12th -Dodecandiol, 1, 5-hexadiene-3,4-diol, 1, 2 and 1, 3-cyclopentanediols, 1, 2, 1, 3 and 1, 4-cyclohexanediols, 1, 1, 1, 2 -, 1, 3 and 1, 4-bis (hydroxymethyl) cyclohexanes, 1, 1, 1, 2, 1, 3 and
1 ,4-Bis(Hydroxyethyl)cyclohexane, Neopentylglykol, (2)-Methyl-2,4-pentandiol, 2,4-Dimethyl-2,4-Pentandiol, 2-Ethyl-1 ,3-hexandiol, 2,5-Dimethyl-2,5-hexandiol, 2,2,4-Trimethyl-1 ,3-pentandiol, Pinacol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropy- lenglykol, Tripropylenglykol, Polyethylenglykole HO(CH2CH2θ)n-H oder Polypropy- lenglykole HO(CI-I[CI-I3]CI-I2O)n-I-I, wobei n eine ganze Zahl und n > 4 ist, Polyethylen- polypropylenglykole, wobei die Abfolge der Ethylenoxid- der Propylenoxid-Einheiten blockweise oder statistisch sein kann, Polytetramethylenglykole, vorzugsweise bis zu einem Molgewicht bis zu 5000 g/mol, Poly-1 ,3-Propandiole, vorzugsweise mit einem Molgewicht bis zu 5000 g/mol, Polycaprolactone oder Gemische von zwei oder mehr Vertretern der voran stehenden Verbindungen. Dabei kann eine oder auch beide1, 4-bis (hydroxyethyl) cyclohexanes, neopentyl glycol, (2) -methyl-2,4-pentanediol, 2,4-dimethyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, 2,5- Dimethyl-2,5-hexanediol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, pinacol, diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polyethylene glycols HO (CH 2 CH 2 O) n -H or polypropylene glycols HO (CI) I [CI-I 3 ] CI-I 2 O) n -II, where n is an integer and n> 4, polyethylene glycols, where the sequence of the ethylene oxide or propylene oxide units can be blockwise or random, polytetramethylene glycols, preferably up to a molecular weight of up to 5000 g / mol, poly-1,3-propanediols, preferably having a molecular weight of up to 5000 g / mol, polycaprolactones or mixtures of two or more representatives of the above compounds. It can be one or both
Hydroxylgruppen in den vorstehend genannten Diolen durch SH-Gruppen substituiert werden. Bevorzugt eingesetzte Diole sind Ethylenglykol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,6-Hexandiol, 1 ,8-Octandiol, 1 ,2-, 1 ,3- und 1 ,4-Cyclohexandiol, 1 ,3- und 1 ,4-Bis(hydroxymethyl)cyclohexan, sowie Diethy- lenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol PolyethylenglykoleHydroxyl groups in the aforementioned diols are substituted by SH groups. Preferably used diols are ethylene glycol, 1, 2-propanediol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, 1, 8-octanediol, 1, 2, 1, 3 - And 1, 4-cyclohexanediol, 1, 3- and 1, 4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, and diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol polyethylene glycols
HO(CH2CH2O)n-H oder Polypropylenglykole HO(CH[CH3]CH2O)n-H, wobei n eine ganze Zahl und n > 4 ist, Polyethylenpolypropylenglykole, wobei die Abfolge der Ethylenoxid- und der Propylenoxid-Einheiten blockweise oder statistisch sein kann, oder Polytetramethylenglykole. Das Molekulargewicht der Polyalkylenglykole beträgt vorzugs- weise bis zu 5000 g/mol.HO (CH 2 CH 2 O) n -H or polypropylene glycols HO (CH [CH 3 ] CH 2 O) n -H, where n is an integer and n> 4, polyethylene-polypropylene glycols, the sequence being ethylene oxide and propylene oxide Units may be blockwise or random, or polytetramethylene glycols. The molecular weight of the polyalkylene glycols is preferably up to 5000 g / mol.
Die zweiwertigen Alkohole B2 können optional noch weitere Funktionalitäten wie beispielsweise Carbonyl-, Carboxy-, Alkoxycarbonyl- oder Sulfonyl-Funktionen enthalten, wie beispielsweise Dimethylolpropionsäure oder Dimethylolbuttersäure, sowie deren Ci-C4-Alkylester, Glycerinmonostearat oder Glycerinmonooleat.The dihydric alcohols B 2 may optionally contain other functionalities such as carbonyl, carboxy, alkoxycarbonyl or sulfonyl functions, such as dimethylolpropionic acid or dimethylol butyric acid, and their Ci-C4-alkyl esters, glycerol monostearate or glycerol monooleate.
Mindestens trifunktionelle Alkohole (Cx) umfassen Glycerin, Trimethylolmethan, Tri- methylolethan, Trimethylolpropan, 1 ,2,4-Butantriol, Tris(hydroxymethyl)amin, Tris(hydroxyethyl)amin, Tris(hydroxypropyl)amin, Pentaerythrit, Diglycerin, Triglycerin oder höhere Kondensationsprodukte des Glycerins, Di(trimethylolpropan),At least trifunctional alcohols (C x ) include glycerol, trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1, 2,4-butanetriol, tris (hydroxymethyl) amine, tris (hydroxyethyl) amine, tris (hydroxypropyl) amine, pentaerythritol, diglycerol, triglycerol or higher condensation products of glycerol, di (trimethylolpropane),
Di(pentaerythrit), Trishydroxymethylisocyanurat, Tris(hydroxyethyl)isocyanurat (THEIC), Tris(hydroxypropyl)isocyanurat, Inositole oder Zucker, wie z. B. Glucose, Fructose oder Sucrose, Zuckeralkohole wie z. B. Sorbit, Mannit, Threit, Erythrit, Adonit (Ribit), Arabit (Lyxit), XyNt, Dulcit (Galactit), Maltit, Isomalt, tri- oder höherfunktionelle Polyetherole auf Basis tri- oder höherfunktioneller Alkohole und Ethylenoxid, Propyle- noxid und/oder Butylenoxid. Dabei sind Glycerin, Diglycerin, Triglycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Bis(trimetylolpropan), 1 ,2,4-Butantriol, Pentaerythrit, Di(penterythrit), Tris(hydroxyethyl)isocyanurat sowie deren Polyetherole auf Basis von Ethylenoxid und/oder Propylenoxid besonders bevorzugt.Di (pentaerythritol), trishydroxymethylisocyanurate, tris (hydroxyethyl) isocyanurate (THEIC), tris (hydroxypropyl) isocyanurate, inositols or sugars, such as e.g. As glucose, fructose or sucrose, sugar alcohols such. B. sorbitol, mannitol, threitol, erythritol, adonite (ribitol), arabitol (Lyxit), XyNt, Dulcit (galactitol), maltitol, isomalt, tri- or higher polyethers based on tri- or higher functional alcohols and ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide. In this case, glycerol, diglycerol, triglycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane, bis (trimetylolpropane), 1, 2,4-butanetriol, pentaerythritol, di (penterythrit), tris (hydroxyethyl) isocyanurate and their polyetherols based on ethylene oxide and / or propylene oxide are particularly preferred ,
Die Umsetzung kann in Gegenwart oder Abwesenheit eines Lösemittels durchgeführt werden. Als Lösemittel geeignet sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe wie Paraffine, Aromaten, Ether und Ketone. Vorzugsweise wird die Reaktion frei von Lösungsmittel durchgeführt. Die Umsetzung kann in Gegenwart eines Wasser entziehenden Mittels als Additiv erfolgen, das man zu Beginn der Reaktion zusetzt. Geeignet sind beispielsweise Molekularsiebe, insbesondere Molekularsieb 4 Ä, sowie MgSO4 und Na2SO4. Man kann auch während der Reaktion gebildetes Wasser bzw. Alkohol abdestillieren und beispielsweise einen Wasserabscheider einsetzen, bei dem das Wasser mit Hilfe eines Schleppmittels entfernt wird.The reaction can be carried out in the presence or absence of a solvent. Suitable solvents are, for example, hydrocarbons such as paraffins, aromatics, ethers and ketones. Preferably, the reaction is carried out free of solvent. The reaction can be carried out in the presence of a dehydrating agent as an additive, which is added at the beginning of the reaction. Suitable examples are molecular sieves, in particular 4 Å molecular sieve, and also MgSO 4 and Na 2 SO 4 . It is also possible to distill off water or alcohol formed during the reaction and, for example, to use a water separator in which the water is removed by means of an entraining agent.
Man kann die Umsetzung in Abwesenheit von Katalysatoren durchführen. Vorzugsweise arbeitet man jedoch in Gegenwart von mindestens einem Katalysator. Die sind bevorzugt saure anorganische, metallorganische oder organische Katalysatoren oder Gemische aus mehreren sauren anorganischen, metallorganischen oder organischen Katalysatoren.You can carry out the reaction in the absence of catalysts. However, it is preferable to work in the presence of at least one catalyst. These are preferably acidic inorganic, organometallic or organic catalysts or mixtures of several acidic inorganic, organometallic or organic catalysts.
Als saure anorganische Katalysatoren im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise Schwefelsäure, Sulfate und Hydrogensulfate, wie Natriumhydrogensulfat, Phosphorsäure, Phosphonsäure, hypophosphorige Säure, Aluminiumsulfathydrat, Alaun, saures Kieselgel (pH ≤ 6, insbesondere ≤ 5) und saures Aluminiumoxid zu nennen. Weiterhin sind beispielsweise Aluminiumverbindungen der allgemeinen Formel AI(OR1)3 und Titanate einsetzbar. Bevorzugte saure metallorganische Katalysatoren sind beispielsweise Dialkylzinnoxide oder Dialkylzinnester. Bevorzugte saure organische Katalysatoren sind saure organische Verbindungen mit beispielsweise Phos- phatgruppen, Sulfonsäuregruppen, Sulfatgruppen oder Phosphonsäuregruppen. Man kann auch saure lonentauscher als saure organische Katalysatoren einsetzen.Examples of acidic inorganic catalysts for the purposes of the present invention include sulfuric acid, sulfates and hydrogen sulfates, such as sodium hydrogensulfate, phosphoric acid, phosphonic acid, hypophosphorous acid, aluminum sulfate hydrate, alum, acidic silica gel (pH ≦ 6, in particular ≦ 5) and acidic aluminum oxide. Furthermore, for example, aluminum compounds of the general formula Al (OR 1 ) 3 and titanates can be used. Preferred acidic organometallic catalysts are, for example, dialkyltin oxides or dialkyltin esters. Preferred acidic organic catalysts are acidic organic compounds with, for example, phosphate groups, sulfonic acid groups, sulfate groups or phosphonic acid groups. It is also possible to use acidic ion exchangers as acidic organic catalysts.
Die Umsetzung wird bei Temperaturen von 60 bis 250 0C durchgeführt.The reaction is carried out at temperatures of 60 to 250 0 C.
Die erfindungsgemäß verwendeten hyperverzweigten Polyester haben ein Molekulargewicht Mw von mindestens 500, bevorzugt mindestens 600 und besonders bevorzugt 1000 g/mol. Die obere Grenze des Molekulargewichts Mw ist bevorzugt 500 000 g/mol, besonders bevorzugt beträgt es nicht mehr als 200 000 und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 100 000 g/mol.The hyperbranched polyesters used according to the invention have a molecular weight M w of at least 500, preferably at least 600 and particularly preferably 1000 g / mol. The upper limit of the molecular weight M w is preferably 500,000 g / mol, more preferably not more than 200,000 and most preferably not more than 100,000 g / mol.
Die Angaben zur Polydispersität sowie zum zahlenmittleren und gewichtsmittleren Molekulargewicht Mn und Mw beziehen sich hier auf gelpermeationschromatographische Messungen, wobei Polymethylmethacrylat als Standard und Tetrahydrofuran, Di- methylformamid, Dimethylacetamid oder Hexafluorisopropanol als Elutionsmittel verwendet wurden. Die Methode ist im Analytiker Taschenbuch Bd. 4, Seiten 433 bis 442, Berlin 1984, beschrieben.The information on the polydispersity and the number average and weight average molecular weight M n and M w relate here to gel permeation chromatography Measurements using polymethylmethacrylate as standard and tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide or hexafluoroisopropanol as eluent. The method is described in the Analyst Taschenbuch Vol. 4, pages 433 to 442, Berlin 1984.
Die Polydispersität der erfindungsgemäß verwendeten Polyester beträgt im Allgemeinen 1 ,2 bis 50, bevorzugt 1 ,4 bis 40, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 30 und ganz besonders bevorzugt 2 bis 30.The polydispersity of the polyesters used according to the invention is generally from 1.2 to 50, preferably from 1.4 to 40, particularly preferably from 1.5 to 30 and very particularly preferably from 2 to 30.
Hyperverzweigte PolyurethaneHyperbranched polyurethanes
Der Begriff "Polyurethane" im Sinne dieser Erfindung umfasst über das übliche Verständnis hinaus Polymere, die durch Umsetzung von Di- oder Polyisocyanaten mit Verbindungen mit aktivem Wasserstoff erhalten werden können, und die durch Ur- ethan- aber auch beispielsweise durch Harnstoff-, Allophanat-, Biuret-, Carbodiimid-, Amid-, Uretonimin-, Uretdion-, Isocyanurat- oder Oxazolidon-Strukturen verknüpft sein können.The term "polyurethanes" in the context of this invention includes, beyond the usual understanding, polymers which can be obtained by reacting di- or polyisocyanates with compounds having active hydrogen, and which are prepared by urethane but also, for example, by urea, allophanate , Biuret, carbodiimide, amide, uretonimine, uretdione, isocyanurate or oxazolidone structures.
Zur Synthese der erfindungsgemäß verwendeten hyperverzweigten Polyurethane kön- nen ABX-Monomere eingesetzt werden, die sowohl Isocyanatgruppen als auch Gruppen, die mit Isocyanatgruppen unter Bildung einer Verknüpfung reagieren können, aufweisen. Zur Synthese der erfindungsgemäß verwendeten hyperverzweigten Polyurethane können auch Monomerkombinationen eingesetzt, die zunächst intermediär ABχ-Bausteine bilden, wobei x für eine natürliche Zahl zwischen 2 und 8, bevorzugt 2 oder 3, steht. Solche hyperverzweigten Polyurethane und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der WO 97/02304 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. Geeignete hyperverzweigte Polyurethane können auch durch Umsetzung von Diisocyana- ten und/oder Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanaten reaktiven Gruppen erhalten werden, 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. Solche hyperverzweigten Polyurethane und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der EP 1026185 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird.For the synthesis of the hyperbranched polyurethanes used according to the invention, it is possible to use AB X monomers which have both isocyanate groups and groups which can react with isocyanate groups to form a linkage. To synthesize the hyperbranched polyurethanes used according to the invention, it is also possible to use monomer combinations which initially form intermediate ABχ building blocks, where x is a natural number between 2 and 8, preferably 2 or 3. Such hyperbranched polyurethanes and processes for their preparation are described in WO 97/02304, which is incorporated herein by reference. Suitable hyperbranched polyurethanes can also be obtained by reacting diisocyanates and / or polyisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive groups, wherein at least one of the reactants has functional groups with different reactivity with respect to the other reactant and the reaction conditions are selected such that At each reaction step, only certain reactive groups react with each other. Such hyperbranched polyurethanes and processes for their preparation are described in EP 1026185, which is incorporated herein by reference.
Bei den mit den Isocyanatgruppen reaktiven Gruppen handelt es sich bevorzugt um OH-, NH2-, NHR- oder SH-Gruppen.The groups reactive with the isocyanate groups are preferably OH, NH 2 , NHR or SH groups.
Die ABχ-Monomere sind in bekannter Art und Weise herstellbar. ABX-Monomere kön- nen beispielsweise nach der in WO 97/02304 beschriebenen Methode unter Anwendung von Schutzgruppentechniken synthetisiert werden. Beispielhaft sei diese Technik an der Herstellung eines AB2-Monomers aus 2,4-Toluylendiisocyanat (TDI) und Tri- methylolpropan erläutert. Zunächst wird eine der Isocyanatgruppen des TDI in bekannter Art und Weise verkappt, beispielsweise durch Umsetzung mit einem Oxim. Die verbleibende freie NCO-Gruppe wird mit Trimethylolpropan umgesetzt, wobei nur eine der drei OH-Gruppen mit der Isocyanatgruppe reagiert, während zwei OH-Gruppen über Acetalisierung blockiert sind. Nach Abspalten der Schutzgruppe wird ein Molekül mit einer Isocyanatgruppe und 2 OH-Gruppen erhalten.The ABχ monomers can be prepared in a known manner. For example, AB X monomers can be synthesized according to the method described in WO 97/02304 using protective group techniques. An example of this technique is the preparation of an AB 2 monomer from 2,4-tolylene diisocyanate (TDI) and triamine. methylolpropane explained. First, one of the isocyanate groups of the TDI is capped in a known manner, for example by reaction with an oxime. The remaining free NCO group is reacted with trimethylolpropane, wherein only one of the three OH groups reacts with the isocyanate group, while two OH groups are blocked by acetalization. After cleavage of the protecting group, a molecule having an isocyanate group and 2 OH groups is obtained.
Besonders vorteilhaft können die ABX-Moleküle nach der in der DE-A 199 04 444 beschriebenen Methode synthetisiert werden, bei der keine Schutzgruppen erforderlich sind. Bei dieser Methode werden Di- oder Polyisocyanate eingesetzt und mit Verbindungen, die mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktive Gruppen aufweisen, umgesetzt. Zumindest einer der Reaktionspartner weist dabei Gruppen mit gegenüber dem anderen Reaktionspartner unterschiedlicher Reaktivität auf. Bevorzugt weisen beide Reaktionspartner Gruppen mit gegenüber dem anderen Reaktionspartner unter- schiedlicher Reaktivität auf. Die Reaktionsbedingungen werden so gewählt, dass nur bestimmte reaktive Gruppen miteinander reagieren können.Particularly advantageously, the AB X molecules can be synthesized by the method described in DE-A 199 04 444, in which no protective groups are required. In this method di- or polyisocyanates are used and reacted with compounds having at least two isocyanate-reactive groups. At least one of the reactants in this case has groups with respect to the other reactants of different reactivity. Preferably, both reactants have groups with different reactivity than the other reactant. The reaction conditions are chosen so that only certain reactive groups can react with each other.
Als Di- und Polyisocyanate kommen die aus dem Stand der Technik bekannten alipha- tischen, cycloaliphatischen und aromatischen Isocyanate in Frage. Bevorzugte Di- oder Polyisocyanate sind 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, die Mischungen aus monomeren Diphenylmethandiisocyanaten und oligomeren Diphenylmethandiisocyanaten (PoIy- mer-MDl), Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, 4,4'-Methylen- bis(cyclohexyl)-diisocyanat, Xylylendiisocyanat, Tetramethylxylylendiisocyanat, Dode- cyldiisocyanat, Lysinalkylesterdiisocyanat, wobei Alkyl für Ci-Cio-Alkyl steht, 2,2,4- oder 2,4,4-Trimethyl-1 ,6-hexamethylendiisocyanat, 1 ,4-Diisocyanatocyclohexan oder 4-lsocyanatomethyl-1 ,8-octamethylendiisocyanat.Suitable di- and polyisocyanates are the aliphatic, cycloaliphatic and aromatic isocyanates known from the prior art. Preferred di- or polyisocyanates are 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, the mixtures of monomeric diphenylmethane diisocyanates and oligomeric diphenylmethane diisocyanates (polymer-MDI), tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 4,4'-methylenebis (cyclohexyl) diisocyanate, xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate , Dodecyl diisocyanate, lysine alkyl ester diisocyanate, where alkyl is C 1 -C 10 -alkyl, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,4-diisocyanatocyclohexane or 4-isocyanatomethyl-1, 8-octamethylene diisocyanate.
Besonders bevorzugt sind Di- oder Polyisocyanate mit NCO-Gruppen unterschiedlicher Reaktivität, wie 2,4-Toluylendiisocyanat (2,4-TDI), 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat (2,4'-MDI), Triisocyanatotoluol, Isophorondiisocyanat (IPDI), 2-Butyl-2-ethylpenta- methylendiisocyanat, 2-lsocyanatopropylcyclohexylisocyanat, 3(4)-lsocyanatomethyl-1 - methylcyclohexylisocyanat, 1 ,4-Diisocyanato-4-methylpentan, 2,4'-Methylenbis(cyclo- hexyl)diisocyanat und 4-Methylcyclohexan-1 ,3-diisocyanat (H-TDI). Weiterhin sind Isocyanate (b) besonders bevorzugt, deren NCO-Gruppen zunächst gleich reaktiv sind, bei denen sich jedoch durch Erstaddition eines Alkohols oder Amins an eine NCO- Gruppe ein Reaktivitätsabfall bei der zweiten NCO-Gruppe induzieren lässt. Beispiele dafür sind Isocyanate, deren NCO-Gruppen über ein delokalisiertes Elektronensystem gekoppelt sind, z. B. 1 ,3- und 1 ,4-Phenylendiisocyanat, 1 ,5-Naphthylendiisocyanat, Diphenyldiisocyanat, Tolidindiisocyanat oder 2,6-Toluylendiisocyanat.Particularly preferred are di- or polyisocyanates with NCO groups of different reactivity, such as 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,4'-diphenylmethane diisocyanate (2,4'-MDI), triisocyanatotoluene, isophorone diisocyanate (IPDI), 2-butyl-2-ethylpentamethylene diisocyanate, 2-isocyanatopropylcyclohexyl isocyanate, 3 (4) isocyanatomethyl-1-methylcyclohexylisocyanate, 1,4-diisocyanato-4-methylpentane, 2,4'-methylenebis (cyclohexyl) diisocyanate and Methylcyclohexane-1,3-diisocyanate (H-TDI). Furthermore, particular preference is given to isocyanates (b) whose NCO groups are initially identically reactive, but in which a drop in reactivity in the second NCO group can be induced by initial addition of an alcohol or amine to an NCO group. Examples are isocyanates whose NCO groups are coupled via a delocalized electron system, e.g. B. 1, 3- and 1, 4-phenylene diisocyanate, 1, 5-naphthylene diisocyanate, diphenyl diisocyanate, tolidine diisocyanate or 2,6-toluene diisocyanate.
Weiterhin können beispielsweise Oligo- oder Polyisocyanate verwendet werden, die sich aus den genannten Di- oder Polyisocyanaten oder deren Mischungen durch Ver- knüpfung mittels Urethan, Allophanat-, Harnstoff-, Biuret-, Uretdion-, Amid-, Isocyanu- rat-, Carbodiimid-, Uretonimin-, Oxadiazintrion- oder Iminooxadiazindion-Strukturen herstellen lassen.It is also possible, for example, to use oligoisocyanates or polyisocyanates which are obtained from the diisocyanates or polyisocyanates mentioned or mixtures thereof by urethane, allophanate, urea, biuret, uretdione, amide, isocyanurate, carbodiimide, uretonimine, oxadiazinetrione or iminooxadiazinedione structures.
Als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanaten reaktiven Gruppen werden vorzugsweise di-, tri- oder tetrafunktionelle Verbindungen eingesetzt, deren funktionelle Gruppen gegenüber NCO-Gruppen eine unterschiedliche Reaktivität aufweisen. Bevorzugt sind Verbindungen mit mindestens einer primären und mindestens einer sekundären Hydroxylgruppe, mindestens einer Hydroxylgruppe und mindestens einer Mercaptogruppe, besonders bevorzugt mit mindestens einer Hydroxylgruppe und mindestens einer Aminogruppe im Molekül, insbesondere Aminoalkohole, Aminodiole und Aminotriole, da die Reaktivität der Aminogruppe gegenüber der Hydroxylgruppe bei der Umsetzung mit Isocyanat deutlich höher ist.As compounds having at least two isocyanate-reactive groups it is preferred to use di-, tri- or tetra-functional compounds whose functional groups have a different reactivity with respect to NCO groups. Preference is given to compounds having at least one primary and at least one secondary hydroxyl group, at least one hydroxyl group and at least one mercapto group, particularly preferably having at least one hydroxyl group and at least one amino group in the molecule, in particular amino alcohols, amino diols and aminotrioles, since the reactivity of the amino group relative to the hydroxyl group at the reaction with isocyanate is significantly higher.
Beispiele für die genannten Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanaten reaktiven Gruppen sind Propylenglykol, Glycerin, Mercaptoethanol, Ethanolamin, N-Methylethanolamin, Diethanolamin, Ethanolpropanolamin, Dipropanolamin, Di- isopropanolamin, 2-Amino-1 ,3-propandiol, 2-Amino-2-methyl-1 ,3-propandiol oder Tris(hydroxymethyl)aminomethan. Weiterhin sind auch Mischungen der genannten Verbindungen einsetzbar.Examples of the stated 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 or tris (hydroxymethyl) aminomethane. Furthermore, mixtures of the compounds mentioned can be used.
Die Herstellung eines AB2-Moleküls sei beispielhaft für den Fall eines Diisocyanates mit einem Aminodiol erläutert. Hierbei wird zunächst ein Mol eines Diisocyanats mit einem Mol eines Aminodiols bei niedrigen Temperaturen, vorzugsweise im Bereich zwischen -10 bis 30 0C, umgesetzt. In diesem Temperaturbereich erfolgt eine praktisch vollständige Unterdrückung der Urethanbildungsreaktion und die reaktiveren NCO- Gruppen des Isocyanates reagieren ausschließlich mit der Aminogruppe des Aminodiols. Das gebildete ABX-Molekül weist eine freie NCO-Gruppe sowie zwei freie OH- Gruppen auf und kann zur Synthese eines hyperverzweigten Polyurethans eingesetzt werden.The preparation of an AB 2 molecule is illustrated by way of example for the case of a diisocyanate with an amino diol. Here, first, one mole of a diisocyanate with one mole of an aminodiol at low temperatures, preferably in the range between -10 to 30 0 C, implemented. In this temperature range, a virtually complete suppression of the urethane formation reaction takes place and the more reactive NCO groups of the isocyanate react exclusively with the amino group of the aminodiol. The formed AB X molecule has a free NCO group and two free OH groups and can be used for the synthesis of a hyperbranched polyurethane.
Durch Erwärmung und/oder Katalysatorzugabe kann dieses AB2-Molekül intermolekular zu einem hyperverzweigten Polyurethan reagieren. Die Synthese des hyperverzweigten Polyurethans kann vorteilhaft ohne vorherige Isolierung des ABX-Moleküls in einem weiteren Reaktionsschritt bei erhöhter Temperatur erfolgen, vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 80 0C. Bei Verwendung des geschilderten AB2-Moleküls mit zwei OH-Gruppen und einer NCO-Gruppe entsteht ein hyperverzweigtes Polymer, welches pro Molekül eine freie NCO-Gruppe sowie - je nach Polymerisationsgrad - eine mehr oder weniger große Zahl von OH-Gruppen aufweist. Die Reaktion kann bis zu hohen Umsätzen durchgeführt werden, wodurch sehr hochmolekulare Strukturen erhalten werden. Sie kann aber auch beispielsweise durch Zugabe geeigneter monofunktioneller Verbindungen oder durch Zugabe einer der Ausgangsverbindungen zur Herstel- lung des AB2-Moleküls beim Erreichen des gewünschten Molekulargewichtes abgebrochen werden. Je nach der zum Abbruch verwendeten Ausgangsverbindung entstehen entweder vollständig NCO-terminierte oder vollständig OH-terminierte Moleküle.By heating and / or catalyst addition, this AB2 molecule can intermolecularly react to form a hyperbranched polyurethane. The synthesis of the hyperbranched polyurethane can be carried out advantageously without prior isolation of the AB X molecule in a further reaction step at elevated temperature, preferably in the range between 30 and 80 0 C. When using the described AB 2 molecule with two OH groups and one NCO Group is a hyperbranched polymer, which per molecule has a free NCO group and - depending on the degree of polymerization - a more or less large number of OH groups. The reaction can be carried out to high conversions, resulting in very high molecular structures. However, it can also be prepared, for example, by adding suitable monofunctional compounds or by adding one of the starting compounds to the preparation. abort the AB2 molecule when reaching the desired molecular weight. Depending on the starting compound used for termination, either completely NCO-terminated or completely OH-terminated molecules are formed.
Alternativ kann beispielsweise auch ein AB2-Molekül aus einem Mol Glycerin und zwei Mol 2,4-TDI hergestellt werden. Bei tiefer Temperatur reagieren vorzugsweise die primären Alkoholgruppen sowie die Isocyanatgruppe in 4-Stellung und es wird ein Addukt gebildet, welches eine OH-Gruppe und zwei Isocyanatgruppen aufweist und welches wie geschildert bei höheren Temperaturen zu einem hyperverzweigten Polyurethan umgesetzt werden kann. Es entsteht zunächst ein hyperverzweigtes Polymer, welches eine freie OH-Gruppe sowie - je nach Polymerisationsgrad - eine mehr oder weniger große Zahl von NCO-Gruppen aufweist.Alternatively, for example, an AB2 molecule can also be prepared from one mole of glycerol and two moles of 2,4-TDI. At low temperature, preferably the primary alcohol groups and the isocyanate group react in the 4-position and an adduct is formed which has one OH group and two isocyanate groups and which can be reacted as described at higher temperatures to form a hyperbranched polyurethane. The result is first a hyperbranched polymer which has a free OH group and - depending on the degree of polymerization - a more or less large number of NCO groups.
Die Herstellung der hyperverzweigten Polyurethane kann prinzipiell ohne Lösungsmit- tel, bevorzugt aber in Lösung erfolgen. Als Lösungsmittel prinzipiell geeignet sind alle bei der Umsetzungstemperatur flüssigen und gegenüber den Monomeren und Polymeren inerten Verbindungen geeignet.The preparation of the hyperbranched polyurethanes can in principle be carried out without solvents, but preferably in solution. All solvents which are liquid at the reaction temperature and inert to the monomers and polymers are suitable as solvents.
Andere Produkte sind durch weitere Synthesevarianten zugänglich. AB3-Moleküle las- sen sich beispielsweise durch Reaktion von Diisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens 4 gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen erhalten. Beispielhaft sei die Umsetzung von 2,4-Toluylendiisocyanat mit Tris(hydroxymethyl)aminomethan genannt.Other products are accessible through further synthetic variants. AB3 molecules can be obtained, for example, by reaction of diisocyanates with compounds having at least 4 isocyanate-reactive groups. By way of example, the reaction of 2,4-tolylene diisocyanate with tris (hydroxymethyl) aminomethane may be mentioned.
Zum Abbruch der Polymerisation können auch polyfunktionelle Verbindungen einge- setzt werden, die mit den jeweiligen A-Gruppen reagieren können. Auf diese Art und Weise können mehrere kleine hyperverzweigte Moleküle zu einem großen hyperverzweigten Molekül verknüpft werden.To terminate the polymerization, it is also possible to use polyfunctional compounds which can react with the respective A groups. In this way, several small hyperbranched molecules can be linked to form a large hyperbranched molecule.
Hyperverzweigte Polyurethane mit kettenverlängerten Ästen lassen sich beispielsweise erhalten, indem zur Polymerisationsreaktion neben den ABX-Molekülen zusätzlich im molaren Verhältnis 1 : 1 ein Diisocyanat und eine Verbindung, die zwei mit Isocyanatgruppen reaktive Gruppen aufweist, eingesetzt werden. Diese zusätzlichen AA- bzw. BB-Verbindungen können auch noch über weitere funktionelle Gruppen verfügen, die aber unter den gewählten Reaktionsbedingungen nicht reaktiv gegenüber den A- oder B-Gruppen sein dürfen. Auf diese Art und Weise können weitere Funktionalitäten in das hyperverzweigte Polymer eingebracht werden.Hyperbranched polyurethanes with chain-extended branches can be obtained, for example, by addition of a diisocyanate and a compound having two isocyanate-reactive groups in addition to the AB X molecules in the molar ratio of 1: 1 to the polymerization reaction. These additional AA or BB compounds may also have other functional groups, but may not be reactive to the A or B groups under the selected reaction conditions. In this way, additional functionalities can be introduced into the hyperbranched polymer.
Weitere Synthesevarianten für hyperverzweigte Polyurethane finden sich in DE 100 13 187 und DE 100 30 869.Further synthesis variants for hyperbranched polyurethanes can be found in DE 100 13 187 and DE 100 30 869.
Die funktionellen Gruppen der durch die Aufbaureaktion erhaltenen hyperverzweigten Polyurethane können, wie oben beschrieben, hydrophobiert, hydrophiliert oder umfunk- tionalisiert werden. Zur Umfunktionalisierung eignen sich aufgrund ihrer Reaktivität ganz besonders solche hyperverzweigten Polyurethane, die Isocyanatgruppen aufweisen. Es können auch OH- oder NH2-terminierte Polyurethane mittels geeigneter Reaktionspartner umfunktionalisiert werden.The functional groups of the hyperbranched polyurethanes obtained by the synthesis reaction can, as described above, be rendered hydrophobic, hydrophilic or hydrophobic. be nationalized. Due to their reactivity, the hyperfunctional polyurethanes containing isocyanate groups are particularly suitable for re-functionalization. OH- or NH 2 -terminated polyurethanes can also be functionalized by means of suitable reaction partners.
Bevorzugte Gruppen, die in die hyperverzweigten Polyurethane eingeführt werden, sind -COOH, -CONH2, -OH, -NH2, -NHR, -NR2, -NR3 +, -SO3H und deren Salze.Preferred groups introduced into the hyperbranched polyurethanes are -COOH, -CONH 2 , -OH, -NH 2 , -NHR, -NR 2 , -NR 3 + , -SO 3 H and their salts.
Gruppen, die über ausreichend acide H-Atome verfügen, können durch Behandlung mit geeigneten Basen in die entsprechenden Salze überführt werden. Analog lassen sich basische Gruppen mit geeigneten Säuren in die entsprechenden Salze überführen. Dadurch lassen sich wasserlösliche hyperverzweigte Polyurethane erhalten.Groups which have sufficiently acidic H atoms can be converted into the corresponding salts by treatment with suitable bases. Analogously, basic groups can be converted with suitable acids into the corresponding salts. As a result, water-soluble hyperbranched polyurethanes can be obtained.
Durch Umsetzung NCO-terminierter Produkte mit gesättigten oder ungesättigten a- liphatischen Alkoholen und Aminen, insbesondere mit Cs-C4O-AI kylresten, lassen sich hydrophobierte Produkte erhalten.By reacting NCO-terminated products with saturated or unsaturated aliphatic alcohols and amines, in particular with Cs-C 4 O-Al kylresten, hydrophobized products can be obtained.
Hydrophilierte, aber nicht ionische Produkte lassen sich durch Reaktion NCO- terminierter Polymere mit Polyetheralkoholen, wie beispielsweise Di-, Tri- oder Tetra- oder Polyethylenglykol erhalten.Hydrophilic but nonionic products can be obtained by reaction of NCO-terminated polymers with polyether alcohols, such as, for example, di-, tri- or tetra- or polyethylene glycol.
Säuregruppen lassen sich beispielsweise durch Umsetzung mit Hydroxycarbonsäuren, Hydroxysulfonsäuren oder Aminosäuren einführen. Als Beispiele geeigneter Reaktionspartner seien 2-Hydroxyessigsäure, 4-Hydroxybenzoesäure, 12-Hydroxydodecan- säure, 2-Hydroxyethansulfonsäure, Glycin oder Alanin genannt.Acid groups can be introduced, for example, by reaction with hydroxycarboxylic acids, hydroxysulfonic acids or amino acids. Examples of suitable reactants are 2-hydroxyacetic acid, 4-hydroxybenzoic acid, 12-hydroxydodecanoic acid, 2-hydroxyethanesulfonic acid, glycine or alanine.
Es können auch hyperverzweigte Polyurethane erzeugt werden, die verschiedenartige Funktionalitäten aufweisen. Dies kann beispielsweise durch Umsetzung mit einem Gemisch verschiedener Verbindungen erfolgen, oder auch dadurch, dass man nur ei- nen Teil der ursprünglich vorhandenen funktionellen Gruppen, beispielsweise nur einen Teil der OH- und/oder NCO-Gruppen, umsetzt.It is also possible to produce hyperbranched polyurethanes which have various functionalities. This can be done, for example, by reaction with a mixture of different compounds, or else by reacting only one part of the originally present functional groups, for example only a part of the OH and / or NCO groups.
Die Umfunktionalisierung des hyperverzweigten Polyurethans kann vorteilhaft unmittelbar im Anschluss an die Polymerisationsreaktion erfolgen, ohne dass das NCO- terminierte Polyurethan vorher isoliert wird. Die Funktionalisierung kann aber auch in einer separaten Reaktion erfolgen.The re-functionalization of the hyperbranched polyurethane can advantageously be carried out immediately after the polymerization reaction, without the NCO-terminated polyurethane being previously isolated. The functionalization can also be done in a separate reaction.
Die erfindungsgemäß verwendeten hyperverzweigten Polyurethane weisen in der Regel im Mittel mindestens 4 und nicht mehr als 100 funktionelle Gruppen auf. Bevorzugt weisen die hyperverzweigten Polyurethane 8 bis 80 und besonders bevorzugt 8 bis 50 funktionelle Gruppen auf. Bevorzugt eingesetzte hyperverzweigte Polyurethane weisen ein gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw von 1000 bis 500 000 g/mol, besonders bevorzugt 5000 bis 200 000 g/mol, insbesondere 10 000 bis 100 000 g/mol, auf.The hyperbranched polyurethanes used according to the invention generally have on average at least 4 and not more than 100 functional groups. The hyperbranched polyurethanes preferably have 8 to 80 and particularly preferably 8 to 50 functional groups. Preferred hyperbranched polyurethanes have a weight-average molecular weight Mw of from 1000 to 500,000 g / mol, more preferably from 5000 to 200,000 g / mol, in particular from 10,000 to 100,000 g / mol.
Hyperverzweigte PolyharnstoffeHyperbranched polyureas
Hochfunktionelle hyperverzweigte Polyharnstoffen, welche erfindungsgemäß als De- mulgatoren verwendet werden, lassen sich z. B. erhalten durch Umsetzung von einem oder mehreren Carbonaten mit einem oder mehreren Aminen mit mindestens zwei primären und/oder sekundären Aminogruppen erhalten, wobei mindestens ein Amin mindestens drei primäre und/oder sekundäre Aminogruppen aufweist.Highly functional hyperbranched polyureas, which are used according to the invention as demulsifiers, can be z. B. obtained by reacting one or more carbonates with one or more amines having at least two primary and / or secondary amino groups, wherein at least one amine has at least three primary and / or secondary amino groups.
Geeignete Carbonate sind aliphatische, aromatische oder gemischt aliphatisch- aromatische Carbonate, bevorzugt sind aliphatische Carbonate wie Dialkylcarbonate mit Ci-Ci2-Alkylresten. Beispiele sind Ethylencarbonat, 1 ,2- oder 1 ,3-Propylencarbonat, Diphenylcarbonat, Ditolylcarbonat, Dinaphthylcarbonat, Ethylphenylcarbonat, Dibenzyl- carbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dibutylcarbonat, Diiso- butylcarbonat, Dipentylcarbonat, Dihexylcarbonat, Diheptylcarbonat, Dioctylcarbonat, Didecylcarbonat oder Didodecylcarbonat. Besonders bevorzugt eingesetzte Carbonate sind Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dibutylcarbonat und Diisobutylcarbonat.Suitable carbonates are aliphatic, aromatic or mixed aliphatic-aromatic carbonates, preferred are aliphatic carbonates such as dialkyl carbonates with Ci-Ci2-alkyl radicals. Examples are ethylene carbonate, 1, 2 or 1, 3-propylene carbonate, diphenyl carbonate, ditolyl carbonate, dinaphthyl carbonate, ethylphenyl carbonate, dibenzyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, diisobutyl carbonate, dipentyl carbonate, dihexyl carbonate, diheptyl carbonate, dioctyl carbonate, didecyl carbonate or didodecyl carbonate , Particularly preferably used carbonates are dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate and diisobutyl carbonate.
Die Carbonate werden mit einem oder mehreren Aminen mit mindestens zwei primären und/oder sekundären Aminogruppen umgesetzt, wobei mindestens ein Amin mindesten drei primäre und/oder sekundäre Aminogruppen aufweist. Amine mit zwei primären und/oder sekundären Aminogruppen bewirken eine Kettenverlängerung innerhalb der Polyharnstoffe, während Amine mit drei oder mehr primären und/oder sekundärenThe carbonates are reacted with one or more amines having at least two primary and / or secondary amino groups, wherein at least one amine has at least three primary and / or secondary amino groups. Amines having two primary and / or secondary amino groups cause chain extension within the polyureas, while amines having three or more primary and / or secondary
Aminogruppen ursächlich für die Verzweigungen in den erhaltenen hochfunktionellen, hyperverzweigten Polyharnstoffen sind.Amino groups are the cause of the branching in the obtained high-functionality, hyperbranched polyureas.
Geeignete Amine mit zwei gegenüber einer Carbonat- oder Carbamatgruppe reaktiven, primären oder sekundären Aminogruppen sind beispielsweise Ethylendiamin, N-Alkylethylendiamin, Propylendiamin, 2,2-Dimethyl-1 ,3-propylendiamin, N-Alkylpropylendiamin, Butylendiamin, N-Alkylbutylendiamin, Pentandiamin, Hexa- methylendiamin, N-Alkylhexamethylendiamin, Heptandiamin, Octandiamin, Nonan- diamin, Decandiamin, Dodecandiamin, Hexadecandiamin, Toluylendiamin, Xylylen- diamin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodicyclohexylmethan, Phenylendiamin, Cyclo- hexylendiamin, Bis(aminomethyl)cyclohexan, Diaminodiphenylsulfon, Isophorondiamin, 2-Butyl-2-ethyl-1 ,5-pentamethylendiamin, 2,2,4- oder 2,4,4-Trimethyl-1 ,6-hexa- methylendiamin, 2-Aminopropylcyclohexylamin, 3(4)-Aminomethyl-1 -methylcyclo- hexylamin, 1 ,4-Diamino-4-methylpentan, Amin-terminierte Polyoxyalkylenpolyole (so genannte Jeffamine) oder Amin-terminierte Polytetramethylenglykole. Bevorzugt weisen die Amine zwei primäre Aminogruppen auf, wie z. B. Ethylendiamin, Propylendiamin, 2,2-Dimethyl-1 ,3-propandiamin, Butylendiamin, Pentandiamin, Hexa- methylendiamin, Heptandiamin, Octandiamin, Nonandiamin, Decandiamin, Dodecan- diamin, Hexadecandiamin, Toluylendiamin, Xylylendiamin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodicyclohexylmethan, Phenylendiamin, Cyclohexylendiamin, Diaminodiphenyl- sulfon, Isophorondiamin, Bis(aminomethyl)cyclohexan, 2-Butyl-2-ethyl-1 ,5-penta- methylendiamin, 2,2,4- oder 2,4,4-Trimethyl-1 ,6-hexamethylendiamin, 2-Aminopropylcyclohexylamin, 3(4)-Aminomethyl-1-methylcyclohexylamin, 1 ,4-Diamino-4-methylpentan, Amin-terminierte Polyoxyalkylenpolyole (so genannte Jeffamine) oder Amin-terminierte Polytetramethylenglykole.Suitable amines having two primary or secondary amino groups which are reactive toward a carbonate or carbamate group are, for example, ethylenediamine, N-alkylethylenediamine, propylenediamine, 2,2-dimethyl-1,3-propylenediamine, N-alkylpropylenediamine, butylenediamine, N-alkylbutylenediamine, pentanediamine, Hexamethylenediamine, N-alkylhexamethylenediamine, heptanediamine, octanediamine, nonanediamine, decanediamine, dodecanediamine, hexadecanediamine, toluenediamine, xylylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodicyclohexylmethane, phenylenediamine, cyclohexylenediamine, bis (aminomethyl) cyclohexane, diaminodiphenylsulfone, isophoronediamine, 2- Butyl 2-ethyl-1, 5-pentamethylenediamine, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylenediamine, 2-aminopropylcyclohexylamine, 3 (4) -aminomethyl-1-methylcyclo- hexylamine, 1, 4-diamino-4-methylpentane, amine-terminated polyoxyalkylene polyols (so-called Jeffamine) or amine-terminated polytetramethylene glycols. Preferably, the amines have two primary amino groups, such as. Ethylenediamine, propylenediamine, 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine, butylenediamine, pentanediamine, hexamethylenediamine, heptanediamine, octanediamine, nonanediamine, decanediamine, dodecanediamine, hexadecanediamine, tolylenediamine, xylylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodicyclohexylmethane, phenylenediamine, Cyclohexylenediamine, diaminodiphenylsulfone, isophoronediamine, bis (aminomethyl) cyclohexane, 2-butyl-2-ethyl-1, 5-pentamethylenediamine, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylenediamine , 2-aminopropylcyclohexylamine, 3 (4) -aminomethyl-1-methylcyclohexylamine, 1, 4-diamino-4-methylpentane, amine-terminated polyoxyalkylene polyols (so-called Jeffamine) or amine-terminated polytetramethylene glycols.
Besonders bevorzugt sind Butylendiamin, Pentandiamin, Hexamethylendiamin, Toluylendiamin, Xylylendiamin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodicyclohexylmethan, Phenylendiamin, Cyclohexylendiamin, Diaminodiphenylsulfon, Isophorondiamin, Bis(aminomethyl)cyclohexan, Amin-terminierte Polyoxyalkylenpolyole (so genannte Jeffamine) oder Amin-terminierte Polytetramethylenglykole.Particularly preferred are butylenediamine, pentanediamine, hexamethylenediamine, toluenediamine, xylylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodicyclohexylmethane, phenylenediamine, cyclohexylenediamine, diaminodiphenylsulfone, isophoronediamine, bis (aminomethyl) cyclohexane, amine-terminated polyoxyalkylene polyols (so-called Jeffamine) or amine-terminated polytetramethylene glycols.
Geeignete Amine mit drei oder mehr gegenüber einer Carbonat- oder Carbamatgruppe reaktiven primären und/oder sekundären Aminogruppen sind beispielsweise Tris(aminoethyl)amin, Tris(aminopropyl)amin, Tris(aminohexyl)amin, Trisaminohexan, 4-Aminomethyl-1 ,8-octamethylendiamin, Trisaminononan, Bis(aminoethyl)amin, Bis(aminopropyl)amin, Bis(aminobutyl)amin, Bis(aminopentyl)amin, Bis(amino- hexyl)amin, N-(2-Aminoethyl)propandiamin, Melamin, oligomere Diaminodiphenyl- methane, N,N'-Bis(3-aminopropyl)ethylendiamin, N,N'-Bis(3-aminopropyl)butandiamin, N,N,N',N'-Tetra(3-aminopropyl)ethylendiamin, N,N,N',N'-Tetra(3-aminopropyl)butylen- diamin, drei- oder höherfunktionelle Amin-terminierte Polyoxyalkylenpolyole (so genannte Jeffamine), drei- oder höherfunktionelle Polyethylenimine oder drei- oder höherfunktionelle Polypropylenimine.Suitable amines having three or more relative to a carbonate or carbamate reactive primary and / or secondary amino groups are, for example, tris (aminoethyl) amine, tris (aminopropyl) amine, tris (aminohexyl) amine, trisaminohexane, 4-aminomethyl-1, 8-octamethylenediamine , Trisaminononane, bis (aminoethyl) amine, bis (aminopropyl) amine, bis (aminobutyl) amine, bis (aminopentyl) amine, bis (aminohexyl) amine, N- (2-aminoethyl) propanediamine, melamine, oligomeric diaminodiphenylmethanes , N, N'-bis (3-aminopropyl) ethylenediamine, N, N'-bis (3-aminopropyl) butanediamine, N, N, N ', N'-tetra (3-aminopropyl) ethylenediamine, N, N, N ', N'-Tetra (3-aminopropyl) butylenediamine, tri- or higher-functional amine-terminated polyoxyalkylene polyols (so-called Jeffamines), tri- or higher-functional polyethyleneimines or tri- or higher-functional polypropyleneimines.
Bevorzugte Amine mit drei oder mehr reaktiven primären und/oder sekundären Aminogruppen sind Tris(aminoethyl)amin, Tris(aminopropyl)amin, Tris(aminohexyl)amin, Trisaminohexan, 4-Aminomethyl-1 ,8-octamethylendiamin, Trisaminononan, Bis(amino- ethyl)amin, Bis(aminopropyl)amin, Bis(aminobutyl)amin, Bis(aminopentyl)amin, Bis(aminohexyl)amin, N-(2-Aminoethyl)propandiamin, Melamin oder drei- oder höher- funktionelle Amin-terminierte Polyoxyalkylenpolyole (so genannte Jeffamine).Preferred amines having three or more reactive primary and / or secondary amino groups are tris (aminoethyl) amine, tris (aminopropyl) amine, tris (aminohexyl) amine, trisaminohexane, 4-aminomethyl-1,8-octamethylenediamine, trisaminononane, bis (aminoethyl) ethyl) amine, bis (aminopropyl) amine, bis (aminobutyl) amine, bis (aminopentyl) amine, bis (aminohexyl) amine, N- (2-aminoethyl) propanediamine, melamine or trifunctional or higher amine-terminated polyoxyalkylene polyols ( so-called Jeffamine).
Besonders bevorzugt sind Amine mit drei oder mehr primären Aminogruppen, wie Tris(aminoethyl)amin, Tris(aminopropyl)amin, Tris(aminohexyl)amin, Trisaminohexan, 4-Aminomethyl-1 ,8-octamethylendiamin, Trisaminononan oder drei- oder höherfunktio- nelle Amin-terminierte Polyoxyalkylenpolyole (so genannte Jeffamine).Particular preference is given to amines having three or more primary amino groups, such as tris (aminoethyl) amine, tris (aminopropyl) amine, tris (aminohexyl) amine, trisaminohexane, 4-aminomethyl-1,8-octamethylenediamine, trisaminononane or trifunctional or higher-functional ones Amine-terminated polyoxyalkylene polyols (so-called Jeffamines).
Selbstverständlich können auch Gemische der genannten Amine eingesetzt werden. Im Allgemeinen werden sowohl Amine mit zwei primären oder sekundären Aminogrup- pen neben Aminen mit drei oder mehr primären oder sekundären Aminogruppen eingesetzt. Derartige Amingemische lassen sich auch durch die mittlere Aminfunktionalität charakterisieren, wobei nicht reaktive tertiäre Aminogruppen außer Betracht bleiben. So weist beispielsweise ein äquimolares Gemisch aus einem Diamin und einem Tri- amin eine mittlere Funktionalität von 2,5 auf. Bevorzugt werden solche Amingemische umgesetzt, bei denen die mittlere Aminfunktionalität von 2,1 bis 10, insbesondere von 2,1 bis 5 beträgt.Of course, mixtures of said amines can be used. In general, both amines having two primary or secondary amino groups are used in addition to amines having three or more primary or secondary amino groups. Such amine mixtures can also be characterized by the average amine functionality, with non-reactive tertiary amino groups being disregarded. For example, an equimolar mixture of a diamine and a triamine has an average functionality of 2.5. Preferably, such amine mixtures are implemented in which the average amine functionality of 2.1 to 10, in particular from 2.1 to 5.
Die Reaktion des Carbonats mit dem Di- oder Polyamin zum erfindungsgemäß verwendeten hochfunktionellen hyperverzweigten Polyharnstoff erfolgt unter Eliminierung des in dem Carbonat gebundenen Alkohols oder Phenols. Reagiert ein Molekül Carbo- nat mit zwei Aminogruppen, so werden zwei Moleküle Alkohol oder Phenol eliminiert und eine Harnstoffgruppe gebildet. Reagiert ein Molekül Carbonat mit nur einer Ami- nogruppe, so wird unter Eliminierung eines Moleküls Alkohol oder Phenol eine Carba- matgruppe gebildet.The reaction of the carbonate with the di- or polyamine for the highly functional hyperbranched polyurea used according to the invention takes place with elimination of the alcohol or phenol bound in the carbonate. If one molecule of carbonyl reacts with two amino groups, two molecules of alcohol or phenol are eliminated and a urea group is formed. If a molecule reacts with only one amino group of carbonate, a carbamate group is formed by eliminating one molecule of alcohol or phenol.
Die Umsetzung des Carbonats oder der Carbonate mit dem Amin oder den Aminen kann in einem Lösungsmittel erfolgen. Dabei können allgemein alle Lösungsmittel eingesetzt werden, die gegenüber den jeweiligen Edukten inert sind. Bevorzugt wird in organischen Lösungsmitteln, wie Decan, Dodecan, Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Di- chlorbenzol, XyIoI, Dimethylformamid, Dimethylacetamid oder Solventnaphtha gearbeitet.The reaction of the carbonate or the carbonates with the amine or amines can be carried out in a solvent. In general, all solvents can be used which are inert to the respective starting materials. Preference is given to working in organic solvents, such as decane, dodecane, benzene, toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, xylene, dimethylformamide, dimethylacetamide or solvent naphtha.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Umsetzung in Substanz, also ohne inertes Lösungsmittel, durchgeführt. Der bei der Reaktion zwischen Amin und Carbonat bzw. Carbamat freiwerdende Alkohol bzw. das freiwerdende Phenol können destillativ, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, abgetrennt und so aus dem Reaktionsgleich- gewicht entfernt werden. Dadurch wird auch die Umsetzung beschleunigt.In a preferred embodiment, the reaction is carried out in bulk, ie without an inert solvent. The alcohol or phenol liberated in the reaction between amine and carbonate or carbamate can be separated by distillation, if appropriate at reduced pressure, and thus removed from the reaction equilibrium. This also speeds up the implementation.
Zur Beschleunigung der Reaktion zwischen Amin und Carbonat bzw. Carbamat können auch Katalysatoren oder Katalysatorgemische zugegeben werden. Geeignete Katalysatoren sind im Allgemeinen Verbindungen, die die Carbamat- oder Harnstoffbil- düng katalysieren, z. B. Alkali- oder Erdalkalihydroxide, Alkali- oder Erdalkalihydrogen- carbonate, Alkali- oder Erdalkalicarbonate, tertiäre Amine, Ammoniumverbindungen, Aluminium-, Zinn-, Zink-, Titan-, Zirkon- oder Wismut-organische Verbindungen. Beispielsweise können Lithium-, Natrium-, Kalium- oder Cäsiumhydroxid, Lithium-, Natrium-, Kalium- oder Cäsiumcarbonat, Diazabicyclooctan (DABCO), Diazabicyclononen (DBN), Diazabicycloundecen (DBU), Imidazole, wie Imidazol, 1-Methylimidazol,To accelerate the reaction between amine and carbonate or carbamate and catalysts or catalyst mixtures can be added. Suitable catalysts are generally compounds which catalyze the carbamate or urea formation, e.g. As alkali or alkaline earth metal hydroxides, alkali metal or Erdalkalihydrogen- carbonates, alkali metal or alkaline earth metal carbonates, tertiary amines, ammonium compounds, aluminum, tin, zinc, titanium, zirconium or bismuth organic compounds. For example, lithium, sodium, potassium or cesium hydroxide, lithium, sodium, potassium or cesium carbonate, diazabicyclooctane (DABCO), diazabicyclononene (DBN), diazabicycloundecene (DBU), imidazoles, such as imidazole, 1-methylimidazole,
2-Methylimidazol, 1 ,2-Dimethylimidazol, Titantetrabutylat, Dibutylzinnoxid, Dibutylzinn- dilaurat, Zinndioctoat, Zirkonacetylacetonat oder Gemische davon eingesetzt werden. Die Zugabe des Katalysators erfolgt im Allgemeinen in einer Menge von 50 bis 10 000, bevorzugt von 100 bis 5000 Gew.-ppm, bezogen auf die Menge des eingesetzten Amins.2-methylimidazole, 1, 2-dimethylimidazole, titanium tetrabutylate, dibutyltin oxide, dibutyltin dilaurate, tin dioctoate, zirconium acetylacetonate or mixtures thereof. The addition of the catalyst is generally carried out in an amount of 50 to 10,000, preferably from 100 to 5000 ppm by weight, based on the amount of amine used.
Die so hergestellten hochfunktionellen hyperverzweigten Polyharnstoffe sind nach der Umsetzung, also ohne weitere Modifikation, entweder mit Amino- oder mit Carba- matgruppen terminiert. Sie lösen sich gut in polaren Lösemitteln, z. B. in Wasser, Alkoholen, wie Methanol, Ethanol, Butanol, Alkohol/Wasser-Mischungen, Dimethylforma- mid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Ethylencarbonat oder Propylencarbonat.The high-functionality hyperbranched polyureas thus prepared are terminated after the reaction, ie without further modification, either with amino groups or with carbamate groups. They dissolve well in polar solvents, eg. In water, alcohols, such as methanol, ethanol, butanol, alcohol / water mixtures, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, ethylene carbonate or propylene carbonate.
Unter einem hochfunktionellen hyperverzweigten Polyharnstoff im Sinne der Erfindung wird ein Produkt verstanden, das Harnstoffgruppen sowie mindestens vier, bevorzugt mindestens sechs, insbesondere mindestens acht funktionelle Gruppen aufweist. Die Anzahl der funktionellen Gruppen ist prinzipiell nach oben nicht beschränkt, jedoch können Produkte mit einer sehr hohen Anzahl von funktionellen Gruppen unerwünschte Eigenschaften, beispielsweise eine hohe Viskosität oder eine schlechte Löslichkeit, aufweisen. Die erfindungsgemäß verwendeten hochfunktionellen Polyharnstoffe weisen daher im Allgemeinen nicht mehr als 100 funktionelle Gruppen, bevorzugt nicht mehr als 30 funktionelle Gruppen auf. Unter funktionellen Gruppen sind hier primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen oder Carbamatgruppen zu verstehen. Daneben kann der hochfunktionelle hyperverzweigte Polyharnstoff weitere funktionelle Gruppen aufweisen, die nicht am Aufbau des hyperverzweigten Polymers teilnehmen (siehe unten). Diese weiteren funktionellen Gruppen können durch Di- oder Polyamine einge- führt werden, welche neben primären und sekundären Aminogruppen noch weitere funktionelle Gruppen aufweisen.A highly functional hyperbranched polyurea within the meaning of the invention is understood as meaning a product which has urea groups and at least four, preferably at least six, in particular at least eight functional groups. In principle, the number of functional groups is not limited to the top, but products having a very large number of functional groups may have undesirable properties such as high viscosity or poor solubility. The high-functionality polyureas used according to the invention therefore generally have not more than 100 functional groups, preferably not more than 30 functional groups. By functional groups are meant primary, secondary or tertiary amino groups or carbamate groups. In addition, the highly functional hyperbranched polyurea may have other functional groups that do not participate in the construction of the hyperbranched polymer (see below). These further functional groups can be introduced by di- or polyamines which, in addition to primary and secondary amino groups, also have further functional groups.
Die erfindungsgemäß verwendeten Polyharnstoffe können weitere funktionelle Gruppen enthalten. Die Funktionalisierung kann dabei während der Umsetzung des Carbo- nats mit dem oder den Aminen, also während der den Molekulargewichtsaufbau bewirkenden Polykondensationsreaktion, oder aber nach Beendigung der Polykondensati- onsreaktion durch nachträgliche Funktionalisierung der erhaltenen Polyharnstoffe erfolgen.The polyureas used according to the invention may contain further functional groups. The functionalization can be carried out during the reaction of the carbonates with the amine or amines, ie during the polycondensation reaction causing the formation of molecular weight, or else after the polycondensation reaction has ended, by subsequent functionalization of the resulting polyureas.
Gibt man vor oder während des Molekulargewichtsaufbaus Komponenten zu, die neben Amino- oder Carbamatgruppen weitere funktionelle Gruppen aufweisen, so erhält man einen Polyharnstoff mit statistisch verteilten weiteren, d. h. von den Carbamat- oder Aminogruppen verschiedenen funktionellen Gruppen.If, before or during the molecular weight build-up, components which have further functional groups in addition to amino or carbamate groups are obtained, a polyurea with randomly distributed further, ie. H. from the carbamate or amino groups different functional groups.
Beispielsweise können vor oder während der Polykondensation Komponenten zugegeben werden, die neben Aminogruppen oder Carbamatgruppen Hydroxylgruppen, Mercaptogruppen, tertiäre Aminogruppen, Ethergruppen, Carboxylgruppen, Sulfonsäu- regruppen, Phosphonsäuregruppen, Arylreste oder langkettige Alkylreste aufweisen.For example, it is possible to add components before or during the polycondensation which, in addition to amino groups or carbamate groups, contain hydroxyl groups, Mercapto groups, tertiary amino groups, ether groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, aryl radicals or long-chain alkyl radicals.
Hydroxylgruppen aufweisende Komponenten, die zur Funktionalisierung zugesetzt werden können, umfassen beispielsweise Ethanolamin, N-Methylethanolamin, Propa- nolamin, Isopropanolamin, Butanolamin, 2-Amino-1-butanol, 2-(Butylamino)ethanol, 2-(Cyclohexylamino)ethanol, 2-(2'-Aminoethoxy)ethanol oder höhere Alkoxylierungs- produkte des Ammoniaks, 4-Hydroxypiperidin, 1-Hydroxyethylpiperazin, Diethanol- amin, Dipropanolamin, Diisopropanolamin, Tris(hydroxymethyl)aminomethan oder Tris(hydroxyethyl)aminomethan.Hydroxyl-containing components which may be added for functionalization include, for example, ethanolamine, N-methylethanolamine, propanolamine, isopropanolamine, butanolamine, 2-amino-1-butanol, 2- (butylamino) ethanol, 2- (cyclohexylamino) ethanol, 2 - (2 ' -Aminoethoxy) ethanol or higher alkoxylation products of ammonia, 4-hydroxypiperidine, 1-hydroxyethylpiperazine, diethanolamine, dipropanolamine, diisopropanolamine, tris (hydroxymethyl) aminomethane or tris (hydroxyethyl) aminomethane.
Mercaptogruppen enthaltende Komponenten, die zur Funktionalisierung zugesetzt werden können, umfassen beispielsweise Cysteamin. Mit tertiären Aminogruppen lassen sich die hyperverzweigten Polyharnstoffe z. B. durch Mitverwendung von N-Methyldiethylentriamin oder N,N-Dimethylethylendiamin funktionalisieren. Mit Ethergruppen lassen sich die hyperverzweigten Polyharnstoffe durch Mitverwendung von Amin-terminierten Polyetherolen (so genannten Jeffaminen) funktionalisieren. Mit Säuregruppen lassen sich die hyperverzweigten Polyharnstoffe z. B. durch Mitverwendung von Aminocarbonsäuren, Aminosulfonsäuren oder Aminophosphonsäuren funktionali- sieren. Mit langkettigen Alkylresten lassen sich die hyperverzweigten Polyharnstoffe durch Mitverwendung von Alkylaminen oder Alkylisocyanaten mit langkettigen Alkylresten funktionalisieren.Mercapto-containing components that can be added for functionalization include, for example, cysteamine. With tertiary amino groups, the hyperbranched polyureas z. B. functionalized by the concomitant use of N-methyldiethylenetriamine or N, N-dimethylethylenediamine. Ether groups can be used to functionalize the hyperbranched polyureas by using amine-terminated polyetherols (so-called Jeffamines). With acid groups, the hyperbranched polyureas z. B. functionalized by co-use of aminocarboxylic acids, aminosulfonic acids or aminophosphonic acids. With long-chain alkyl radicals, the hyperbranched polyureas can be functionalized by the concomitant use of alkylamines or alkyl isocyanates with long-chain alkyl radicals.
Weiterhin lassen sich die Polyharnstoffe auch durch Einsatz geringer Mengen an Mo- nomeren funktionalisieren, die von Aminogruppen oder Carbamatgruppen verschiedene funktionelle Gruppen aufweisen. Genannt seien hier beispielsweise di-, tri- oder höherfunktionelle Alkohole, die über Carbonat- oder Carbamatfunktionen in den PoIy- harnstoff eingebaut werden können. So lassen sich z. B. hydrophobe Eigenschaften durch Zusatz langkettiger Alkan-, Alken- oder Alkindiole erzielen, während Polyethy- lenoxiddiole oder -triole hydrophile Eigenschaften im Polyharnstoff erzeugen.Furthermore, the polyureas can also be functionalized by using small amounts of monomers which have functional groups which differ from amino groups or carbamate groups. Examples which may be mentioned here are di-, tri- or higher-functional alcohols which can be incorporated into the polyurea via carbonate or carbamate functions. So can be z. B. hydrophobic properties by addition of long-chain alkane, alkene or alkynediols, while Polyethy- lenoxiddiole or triols produce hydrophilic properties in the polyurea.
Die genannten, von Amin-, Carbonat- oder Carbamatgruppen verschiedenen funktionellen Gruppen, die vor oder während der Polykondensation eingeführt werden, werden im Allgemeinen in Mengen von 0,1 bis 80 Mol-%, bevorzugt in Mengen von 1 bis 50 Mol-%, bezogen auf die Summe der Amino-, Carbamat- und Carbonatgruppen, eingeführt.The abovementioned functional groups other than amine, carbonate or carbamate groups which are introduced before or during the polycondensation are generally used in amounts of from 0.1 to 80 mol%, preferably in amounts of from 1 to 50 mol%, based on the sum of the amino, carbamate and carbonate groups introduced.
Eine nachträgliche Funktionalisierung von Aminogruppen enthaltenden hochfunktionel- len hyperverzweigten Polyharnstoffen kann z. B. erreicht werden durch Zugabe von Säuregruppen, Isocyanatgruppen, Ketogruppen oder Aldehydgruppen enthaltenden Molekülen oder von aktivierte Doppelbindungen, z. B. acrylische Doppelbindungen, enthaltenden Molekülen. Beispielsweise lassen sich Säuregruppen enthaltende PoIy- harnstoffe durch Umsetzung mit Acrylsäure oder Maleinsäure und deren Derivaten mit gegebenenfalls anschließender Hydrolyse erhalten.Subsequent functionalization of amino-containing hyperfunctional hyperbranched polyureas may, for. B. can be achieved by adding acid groups, isocyanate groups, keto groups or molecules containing aldehydes or of activated double bonds, for. As acrylic double bonds, containing molecules. For example, polyisocyanuric acid-containing polyols can be ureas obtained by reaction with acrylic acid or maleic acid and derivatives thereof with optionally subsequent hydrolysis.
Weiterhin können Aminogruppen enthaltende hochfunktionelle hyperverzweigte PoIy- harnstoffe durch Umsetzung mit Alkylenoxiden, z. B. Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid, in hochfunktionelle Polyharnstoff-Polyole überführt werden.Furthermore, amino groups containing high-functionality hyperbranched polyureas by reaction with alkylene oxides, for. As ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide are converted into highly functional polyurea polyols.
Durch Salzbildung mit Protonensäuren oder durch Quaternisierung der Aminofunktio- nen mit Alkylierungsreagenzien, wie Methylhalogeniden oder Dialkylsulfaten, können die hochfunktionellen, hyperverzweigten Polyharnstoffe wasserlöslich oder wasser- dispergierbar eingestellt werden.By salt formation with protic acids or by quaternization of the amino functions with alkylating reagents, such as methyl halides or dialkyl sulfates, the highly functional, hyperbranched polyureas can be made water-soluble or water-dispersible.
Um eine Hydrophobierung zu erreichen, können Amin-terminierten hochfunktionelle hochverzweigte Polyharnstoffe mit gesättigten oder ungesättigten langkettigen Car- bonsäuren, deren gegenüber Amin-Gruppen reaktiven Derivaten oder auch mit alipha- tischen oder aromatischen Isocyanaten umgesetzt werden.In order to achieve hydrophobization, amine-terminated highly functional highly branched polyureas can be reacted with saturated or unsaturated long-chain carboxylic acids, their amine-reactive derivatives or else with aliphatic or aromatic isocyanates.
Mit Carbamatgruppen terminierte Polyharnstoffe können durch Umsetzung mit langkettigen Alkylaminen oder langkettigen aliphatischen Monoalkoholen hydrophobiert wer- den.Carbamate-terminated polyureas can be rendered hydrophobic by reaction with long-chain alkylamines or long-chain aliphatic monoalcohols.
Hyperverzweigte PolyamideHyperbranched polyamides
Geeignete hyperverzweigte Polyamide lassen sich durch Umsetzung eines ersten Mo- nomers A2 mit mindestens zwei funktionellen Gruppen A mit einem zweiten Monomer B3 mit mindestens drei funktionellen Gruppen B herstellen, wobei die funktionellen Gruppen A und B miteinander reagieren, und das eine der Monomere ein Amin ist und das andere der Monomere eine Carbonsäure oder deren Derivat ist.Suitable hyperbranched polyamides can be prepared by reacting a first monomer A2 having at least two functional groups A with a second monomer B3 having at least three functional groups B, wherein the functional groups A and B react with each other, and one of the monomers is an amine and the other of the monomers is a carboxylic acid or its derivative.
Geeignete hyperverzweigte Polyamide schließen hyperverzweigte Polyamidoamine (siehe EP-A 802 215, US 2003/0069370 A1 und US 2002/0161 113 A1 ) mit ein.Suitable hyperbranched polyamides include hyperbranched polyamidoamines (see EP-A 802 215, US 2003/0069370 A1 and US 2002/0161 113 A1).
Obwohl das erste Monomer A2 auch mehr als zwei funktionelle Gruppen A aufweisen kann, wird es hier der Einfachheit halber als A2 bezeichnet, und obwohl das zweite Monomer B3 auch mehr als drei funktionelle Gruppen B aufweisen kann, wird es hier der Einfachheit halber als B3 bezeichnet. Wesentlich ist nur, dass sich die Funktionalitäten von A2 und B3 unterscheiden.Although the first monomer A2 may also have more than two functional groups A, it will be referred to herein as A2 for the sake of simplicity, and although the second monomer B3 may also have more than three functional groups B, it will be referred to herein as B3 for the sake of simplicity , What is important is that the functionalities of A2 and B3 differ.
Die funktionellen Gruppen A und B reagieren miteinander. Die funktionellen Gruppen A und B sind dabei derart gewählt, dass A nicht (oder nur in unwesentlichem Ausmaß) mit A, und B nicht (oder nur in unwesentlichem Ausmaß) mit B reagiert. Dabei ist das eine der Monomere A2 und B3 ein Amin, und das andere der Monomere eine Carbonsäure ein Derivat davon.The functional groups A and B react with each other. The functional groups A and B are chosen such that A does not (or only to a negligible extent) react with A, and B does not (or only to a negligible extent) react with B. That's it one of the monomers A2 and B3 is an amine and the other of the monomers is a carboxylic acid, a derivative thereof.
Bevorzugt ist das Monomer A2 eine Carbonsäure mit mindestens zwei Carboxylgrup- pen, und das Monomer B3 ist ein Amin mit mindestens drei Aminogruppen. Alternativ ist das Monomer A2 ein Amin mit mindestens zwei Aminogruppen, und das Monomer B3 eine Carbonsäure mit mindestens drei Carboxylgruppen.Preferably, the monomer A2 is a carboxylic acid having at least two carboxyl groups, and the monomer B3 is an amine having at least three amino groups. Alternatively, the monomer A2 is an amine having at least two amino groups, and the monomer B3 is a carboxylic acid having at least three carboxyl groups.
Geeignete Carbonsäuren weisen üblicherweise 2 bis 4, insbesondere 2 oder 3 Carbo- xylgruppen, und einen Alkylrest, Arylrest oder Arylalkylrest mit 1 bis 30 C-Atomen auf.Suitable carboxylic acids usually have 2 to 4, in particular 2 or 3, carboxyl groups, and an alkyl radical, aryl radical or arylalkyl radical having 1 to 30 C atoms.
Als Dicarbonsäuren kommen z. B. in Betracht: Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Un- decan-α,ß-dicarbonsäure, Dodecan-α,ß-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclohexan- 1 ,2-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclohexan-1 ,3-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclo- hexan-1 ,4-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclopentan-1 ,2-dicarbonsäure sowie eis- und trans-Cyclopentan-1 ,3-dicarbonsäure, wobei die Dicarbonsäuren substituiert sein können mit einem oder mehreren Resten, ausgewählt aus Ci-Cio-Alkylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen, Alkylengruppen und Cβ-C-u-Arylgruppen. Als Beispiele für substituierte Dicarbonsäuren seien genannt: 2-Methylmalonsäure, 2-Ethylmalonsäure, 2-Phenylmalonsäure, 2-Methylbernsteinsäure, 2-Ethylbernsteinsäure, 2-Phenylbernsteinsäure, Itaconsäure und 3,3-Dimethylglutarsäure.As dicarboxylic acids come z. B. into consideration: oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, decane-α, ß-dicarboxylic acid, dodecane-α, ß-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane 1, 2-dicarboxylic acid, cis- and trans -cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid and also cis- and trans- Cyclopentane-1, 3-dicarboxylic acid, wherein the dicarboxylic acids may be substituted by one or more radicals selected from Ci-Cio-alkyl groups, C3-Ci2-cycloalkyl groups, alkylene groups and Cβ-Cu-aryl groups. Examples of substituted dicarboxylic acids include: 2-methylmalonic acid, 2-ethylmalonic acid, 2-phenylmalonic acid, 2-methylsuccinic acid, 2-ethylsuccinic acid, 2-phenylsuccinic acid, itaconic acid and 3,3-dimethylglutaric acid.
Ebenso sind ethylenisch ungesättigte Dicarbonsäuren wie beispielsweise Maleinsäure und Fumarsäure sowie aromatische Dicarbonsäuren wie beispielsweise Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure, geeignet.Likewise, ethylenically unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid and fumaric acid and aromatic dicarboxylic acids such as phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid, are suitable.
Als Tricarbonsäuren bzw. Tetracarbonsäuren eignen sich z. B. Trimesinsäure, Trimel- litsäure, Pyromellitsäure, Butantricarbonsäure, Naphthalentricarbonsäure und Cyclo- hexan-1 ,3,5-tricarbonsäure.Suitable tricarboxylic acids or tetracarboxylic acids are, for. Trimesic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid, butanetricarboxylic acid, naphthalene-tricarboxylic acid and cyclohexane-1,3,5-tricarboxylic acid.
Weiterhin lassen sich Gemische von zwei oder mehreren der vorgenannten Carbonsäuren einsetzen. Die Carbonsäuren können entweder als solche oder in Form von Derivaten verwendet werden. Solche Derivate sind insbesondereFurthermore, it is possible to use mixtures of two or more of the abovementioned carboxylic acids. The carboxylic acids can be used either as such or in the form of derivatives. Such derivatives are in particular
die Anhydride der genannten Carbonsäuren, und zwar in monomerer oder auch polymerer Form;the anhydrides of said carboxylic acids, in monomeric or polymeric form;
- die Ester der genannten Carbonsäuren, z. B.- The esters of said carboxylic acids, eg. B.
• Mono- oder Dialkylester, bevorzugt Mono- oder Dimethylester oder die entsprechenden Mono- oder Diethylester, aber auch die von höheren Alkoho- len wie beispielsweise n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol, n-Pentanol, n-Hexanol abgeleiteten Mono- und Dialkylester,Mono- or dialkyl esters, preferably mono- or dimethyl esters or the corresponding mono- or diethyl esters, but also those of higher alcohols. len such as n-propanol, iso-propanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol, n-pentanol, n-hexanol derived mono- and dialkyl esters,
• Mono- und Divinylester sowie• mono and divinyl esters as well
• gemischte Ester, bevorzugt Methylethylester.Mixed esters, preferably methyl ethyl esters.
Man kann auch ein Gemisch aus einer Carbonsäure und einem oder mehreren ihrer Derivate oder ein Gemisch mehrerer verschiedener Derivate von einer oder mehreren Dicarbonsäuren einsetzen.It is also possible to use a mixture of a carboxylic acid and one or more of its derivatives or a mixture of several different derivatives of one or more dicarboxylic acids.
Besonders bevorzugt setzt man als Carbonsäure Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipin- säure, Cyclohexandicarbonsäuren, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure oder deren Mono- oder Dimethylester ein. Ganz besonders bevorzugt sind Bernsteinsäure und Adipinsäure.Succinic acid, glutaric acid, adipic acid, cyclohexanedicarboxylic acids, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid or their mono- or dimethyl esters are particularly preferably used as the carboxylic acid. Very particular preference is given to succinic acid and adipic acid.
Geeignete Amine weisen üblicherweise 2 bis 6, insbesondere 2 bis 4 Aminogruppen, und einen Alkylrest, Arylrest oder Arylalkylrest mit 1 bis 30 C-Atomen auf.Suitable amines usually have 2 to 6, in particular 2 to 4, amino groups, and an alkyl radical, aryl radical or arylalkyl radical having 1 to 30 C atoms.
Als Diamine kommen z. B. solche der Formel R1-NH-R2-NH-R3 in Betracht, worin R1, R2 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Alkylrest, Arylrest oder Arylalkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen bedeuten. Der Alkylrest kann linear oder insbesondere für R2 auch cyclisch sein.As diamines come z. B. those of the formula R 1 -NH-R 2 -NH-R 3 into consideration, wherein R 1 , R 2 and R 3 are independently hydrogen or an alkyl radical, aryl or arylalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms. The alkyl radical can also be cyclic, in particular linearly or in particular for R 2 .
Geeignete Diamine sind beispielsweise Ethylendiamin, die Propylendiamine (1 ,2-Diaminopropan and 1 ,3-Diaminopropan), N-Methyl-ethylendiamin, Piperazin, Tetramethylendiamin (1 ,4-Diaminobutan), N,N'-Dimethylethylendiamin, N-Ethylethylendiamin, 1 ,5-Diaminopentan, 1 ,3-Diamino-2,2-diethylpropan, 1 ,3-Bis(methylamino)propan, Hexamethylendiamin (1 ,6-Diaminohexan), 1 ,5-Diamino- 2-methylpentan, 3-(Propylamino)-propylamin, N,N'-Bis-(3-aminopropyl)-piperazin, N,N'-Bis-(3-aminopropyl)-piperazin und Isophorondiamin (IPDA).Suitable diamines are, for example, ethylenediamine, the propylenediamines (1, 2-diaminopropane and 1, 3-diaminopropane), N-methylethylenediamine, piperazine, tetramethylenediamine (1, 4-diaminobutane), N, N '-dimethylethylenediamine, N-ethylethylenediamine, 1, 5-diaminopentane, 1, 3-diamino-2,2-diethylpropane, 1, 3-bis (methylamino) propane, hexamethylenediamine (1,6-diaminohexane), 1, 5-diamino-2-methylpentane, 3- Propylamino) -propylamine, N, N'-bis (3-aminopropyl) piperazine, N, N'-bis (3-aminopropyl) piperazine and isophoronediamine (IPDA).
Als Triamine, Tetramine bzw. höherfunktionelle Amine eignen sich z. B. Tris(2-aminoethyl)amin, Tris(2-aminopropyl)amin, Diethylentriamin (DETA), Triethylen- tetramin (TETA), Tetraethylenpentamin (TEPA), Isopropylentriamin, Dipropylentriamin und N,N'-bis(3-aminopropyl-ethylendiamin).Suitable triamines, tetramines or higher-functional amines z. Tris (2-aminoethyl) amine, tris (2-aminopropyl) amine, diethylenetriamine (DETA), triethylenetetramine (TETA), tetraethylenepentamine (TEPA), isopropyltriamine, dipropylenetriamine and N, N'-bis (3-aminopropyl- ethylenediamine).
Aminobenzylamine und Aminohydrazide mit zwei oder mehr Aminogruppen sind ebenfalls geeignet.Aminobenzylamines and aminohydrazides having two or more amino groups are also suitable.
Bevorzugt verwendet man als Amine DETA oder Tris(2-aminoethyl)amin oder deren Mischungen. Man kann auch Gemische mehrerer Carbonsäuren bzw. Carbonsäurederivate oder Gemische mehrerer Amine, verwenden. Dabei kann die Funktionalität der verschiedenen Carbonsäuren oder Amine gleich oder verschieden sein.Preferably used as amines DETA or tris (2-aminoethyl) amine or mixtures thereof. It is also possible to use mixtures of several carboxylic acids or carboxylic acid derivatives or mixtures of several amines. The functionality of the various carboxylic acids or amines may be the same or different.
Insbesondere kann man, wenn das Monomer A2 ein Diamin ist, als Monomer B3 Gemische von Dicarbonsäuren und Tricarbonsäuren (oder höherfunktionellen Carbonsäuren) verwenden, wobei das Gemisch B3 eine mittlere Funktionalität von mindestens 2,1 hat. Beispielsweise hat ein Gemisch aus 50 Mol-% Dicarbonsäure und 50 Mol-% Tri- carbonsäure eine mittlere Funktionalität von 2,5.In particular, when the monomer A2 is a diamine, it is possible to use as monomer B3 mixtures of dicarboxylic acids and tricarboxylic acids (or higher-functional carboxylic acids), the mixture B3 having an average functionality of at least 2.1. For example, a mixture of 50 mol% dicarboxylic acid and 50 mol% tricarboxylic acid has an average functionality of 2.5.
In ähnlicher Weise kann man, wenn das Monomer A2 eine Dicarbonsäure ist, als Monomer B3 Gemische von Diaminen und Triaminen (oder höherfunktionellen Aminen) verwenden, wobei das Gemisch B3 eine mittlere Funktionalität von mindestens 2,1 hat. Diese Variante ist besonders bevorzugt. Beispielsweise hat ein Gemisch aus 50 Mol-% Diamin und 50 Mol-% Triamin eine mittlere Funktionalität von 2,5.Similarly, when the monomer A2 is a dicarboxylic acid, as the monomer B3, mixtures of diamines and triamines (or higher functional amines) may be used, the mixture B3 having an average functionality of at least 2.1. This variant is particularly preferred. For example, a mixture of 50 mole% diamine and 50 mole% triamine has an average functionality of 2.5.
Die Reaktivität der funktionellen Gruppen A des Monomers A2 kann gleich oder verschieden sein. Ebenso kann die Reaktivität der funktionellen Gruppen B des Monomers B3 gleich oder verschieden sein. Insbesondere kann die Reaktivität der zwei Ami- nogruppen des Monomers A2 bzw. der drei Aminogruppen des Monomers B3, gleich oder verschieden sein.The reactivity of the functional groups A of the monomer A2 may be the same or different. Also, the reactivity of the functional groups B of the monomer B3 may be the same or different. In particular, the reactivity of the two amino groups of the monomer A2 or of the three amino groups of the monomer B3 can be the same or different.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Carbonsäure das difunktionelle Monomer A2 und das Amin das trifunktionelle Monomer B3, d. h. bevorzugt verwendet man Di- carbonsäuren, und Triamine oder höherfunktionelle Amine.In a preferred embodiment, the carboxylic acid is the difunctional monomer A2 and the amine is the trifunctional monomer B3, d. H. Preference is given to using dicarboxylic acids, and triamines or higher-functional amines.
Besonders bevorzugt verwendet man als Monomer A2 eine Dicarbonsäure und als Monomer B3 ein Triamin. Ganz besonders bevorzugt wird als Monomer A2 Adipinsäure, und als Monomer B3 Diethylentriamin oder Tris(2-aminoethyl)amin verwendet.Particular preference is given to using monomer A2 as a dicarboxylic acid and as monomer B3 as a triamine. Very particular preference is given to using adipic acid as monomer A2 and diethylenetriamine or tris (2-aminoethyl) amine as monomer B3.
Während oder nach der Polymerisation der Monomere A2 und B3 zum hyperverzweigten Polyamid, kann man di- oder höherfunktionelle, als Kettenverlängerer wirkende Monomere C mit verwenden. Dadurch lässt sich der Gelpunkt des Polymeren (Zeitpunkt, an dem durch Vernetzungsreaktionen unlösliche Gelpartikel gebildet werden, siehe z. B. Flory, Principles of Polymer Chemistry, Cornell University Press, 1953, Seiten 387-398) kontrollieren, und die Architektur des Makromoleküls, also die Verknüpfung der Monomeräste, verändern.During or after the polymerization of the monomers A2 and B3 to the hyperbranched polyamide, it is possible to use difunctional or higher-functional monomers C acting as chain extenders. As a result, the gel point of the polymer (time at which gel particles insoluble in crosslinking reactions are formed, see, for example, Flory, Principles of Polymer Chemistry, Cornell University Press, 1953, pages 387-398), and the architecture of the macromolecule, So the linkage of the monomer branches, change.
Demnach ist das Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekenn- zeichnet, dass man während oder nach der Umsetzung der Monomere A2 und B3 ein als Kettenverlängerer wirkendes Monomer C mit verwendet. Als kettenverlängerndes Monomer C geeignet sind z. B. die bereits genannten Diamine oder höherfunktionellen Amine, die mit den Carboxylgruppen verschiedener Polymeräste reagieren und sie so verbinden. Geeignet ist insbesondere Isophorondiamin, Ethy- lendiamin, 1 ,2-Diaminopropan, 1 ,3-Diaminopropan, N-Methylethylendiamin, Piperazin, Tetramethylendiamin (1 ,4-Diaminobutan), N,N'-Dimethylethylendiamin, N-Ethylethylen- diamin, 1 ,5-Diaminopentan, 1 ,3-Diamino-2,2-diethylpropan, 1 ,3-Bis(methylamino)- propan, Hexamethylendiamin (1 ,6-Diaminohexan), 1 ,5-Diamino-2-methylpentan, 3-(Propylamino)-propylamin, N,N'-Bis-(3-aminopropyl)-piperazin, N,N'-Bis-(3-amino- propyl)-piperazin und Isophorondiamin (IPDA).Accordingly, in a preferred embodiment, the process is characterized in that a monomer C acting as a chain extender is used during or after the reaction of the monomers A2 and B3. As a chain lengthening monomer C are suitable for. As the aforementioned diamines or higher-functional amines that react with the carboxyl groups of various polymer branches and connect them so. Isophoronediamine, ethylenediamine, 1, 2-diaminopropane, 1, 3-diaminopropane, N-methylethylenediamine, piperazine, tetramethylenediamine (1, 4-diaminobutane), N, N'-dimethylethylenediamine, N-ethylethylenediamine, 1 is particularly suitable , 5-diaminopentane, 1,3-diamino-2,2-diethylpropane, 1,3-bis (methylamino) propane, hexamethylenediamine (1,6-diaminohexane), 1, 5-diamino-2-methylpentane, 3- Propylamino) -propylamine, N, N'-bis (3-aminopropyl) piperazine, N, N'-bis (3-amino-propyl) -piperazine and isophoronediamine (IPDA).
Auch Aminosäuren der allgemeinen Formel H2N-R-COOH sind als Kettenverlängerer C geeignet, wobei R ein organischer Rest ist.Also, amino acids of the general formula H2N-R-COOH are suitable as chain extender C, wherein R is an organic radical.
Die Menge der Kettenverlängerer C richtet sich in üblicher Weise nach dem gewünsch- ten Gelpunkt bzw. der gewünschten Architektur des Makromoleküls. In der Regel beträgt die Menge der Kettenverlängerer C 0,1 bis 50, bevorzugt 0,5 bis 40 und insbesondere 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Summe der eingesetzten Monomeren A2The amount of chain extender C depends in the usual way on the desired gel point or the desired architecture of the macromolecule. In general, the amount of chain extender C is 0.1 to 50, preferably 0.5 to 40 and in particular 1 to 30 wt .-%, based on the sum of the monomers A2 used
Zur Herstellung von funktionalisierten Polyamiden werden monofunktionelle Comono- mere D mit verwendet, wobei diese vor, während oder nach der Umsetzung der Monomeren A2 und B3 zugefügt werden können. Man erhält auf diese Weise ein mit den Comonomer-Einheiten und deren funktionellen Gruppen chemisch modifiziertes Polymer.For the preparation of functionalized polyamides monofunctional comonomers D are used with, which can be added before, during or after the reaction of the monomers A2 and B3. This gives a chemically modified polymer with the comonomer units and their functional groups.
Demnach ist das Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass man vor, während oder nach der Umsetzung der Monomeren A2 und B3 ein Comonomer D mit einer funktionellen Gruppe mit verwendet, wodurch ein modifiziertes Polyamid entsteht.Accordingly, in a preferred embodiment, the process is characterized in that a comonomer D having a functional group is used before, during or after the reaction of the monomers A 2 and B 3, resulting in a modified polyamide.
Solche Comonomere D sind beispielsweise gesättigte oder ungesättigte Monocarbon- säuren, auch Fettsäuren, und deren Anhydride bzw. Ester. Geeignet sind z. B. Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Isobuttersäure, Trimethylessigsäure, Capronsäure, Caprylsäure, Heptansäure, Caprinsäure, Pelargonsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Montansäure, Stearinsäure, Isostearinsäure, Nonansäu- re, 2-Ethylhexansäure, Benzoesäure und ungesättigte Monocarbonsäuren wie Meth- acrylsäure, sowie die Anhydride und Ester, beispielsweise Acrylsäureester oder Meth- acrylsäureester der genannten Monocarbonsäuren.Such comonomers D are, for example, saturated or unsaturated monocarboxylic acids, including fatty acids, and their anhydrides or esters. Suitable z. Acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, isobutyric acid, trimethylacetic acid, caproic acid, caprylic acid, heptanoic acid, capric acid, pelargonic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, montanic acid, stearic acid, isostearic acid, nonanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid and unsaturated monocarboxylic acids such as meth - Acrylic acid, and the anhydrides and esters, for example acrylic acid esters or methacrylic acid esters of said monocarboxylic acids.
Als ungesättigte Fettsäuren D eignen sich z. B. Ölsäure, Ricinolsäure, Linolsäure, Linolensäure, Erucasäure, Fettsäuren aus Soja, Leinsamen, Ricinus und Sonnenblume. Geeignete Carbonsäureester D sind insbesondere Methylmethacrylat, Hydroxyethyl- methacrylat und Hydroxypropylmethacrylat.As unsaturated fatty acids D are z. As oleic acid, ricinoleic acid, linoleic acid, linolenic acid, erucic acid, fatty acids from soy, linseed, ricinus and sunflower. Suitable carboxylic acid esters D are, in particular, methyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate and hydroxypropyl methacrylate.
Als Comonomere D eignen sich auch Alkohole, einschließlich der Fettalkohole. Dazu zählen z. B. Glycerolmonolaurat, Glycerolmonostearat, Ethylenglycolmonomethylether, die Polyethylenmonomethylether, Benzylalkohol, 1-Dodecanol, 1-Tetradecanol, 1-Hexadecanol und ungesättigte Fettalkohole.Suitable comonomers D are also alcohols, including fatty alcohols. These include z. As glycerol monolaurate, glycerol monostearate, ethylene glycol monomethyl ether, the polyethylene monomethyl ether, benzyl alcohol, 1-dodecanol, 1-tetradecanol, 1-hexadecanol and unsaturated fatty alcohols.
Geeignete Comonomere D sind außerdem Acrylate, insbesondere Alkylacrylate wie n-, iso- und tert-Butylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, oder Hydroxyalkylacrylate wie Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat und die Hydroxybutylacrylate. Die Acrylate lassen sich auf besonders einfache Weise durch Michael-Addition an den Aminogrup- pen des hyperverzweigten Polyamids in das Polymer einführen.Suitable comonomers D are also acrylates, in particular alkyl acrylates such as n-, iso- and tert-butyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, or hydroxyalkyl acrylates such as hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate and hydroxybutyl acrylates. The acrylates can be introduced into the polymer in a particularly simple manner by Michael addition at the amino groups of the hyperbranched polyamide.
Die Menge der Comonomere D richtet sich in üblicher Weise danach, in welchemThe amount of comonomers D depends in the usual way afterwards, in which
Ausmaß das Polymer modifiziert werden soll. In der Regel beträgt die Menge der Co- monomeren D 0,5 bis 40, bevorzugt 1 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Summe der eingesetzten Monomeren A2 und B3.Extent the polymer is to be modified. In general, the amount of the monomers D is from 0.5 to 40, preferably from 1 to 35,% by weight, based on the sum of the monomers A2 and B3 used.
Je nach Art und Menge der eingesetzten Monomere und den Reaktionsbedingungen kann das hyperverzweigte Polyamid terminale Carboxylgruppen (-COOH) oder terminale Aminogruppen (-NH, -NH2) oder beides aufweisen. Die Wahl des zur Funktionali- sierung zugefügten Comonomers D richtet sich in üblicher Weise nach Art und Anzahl der terminalen Gruppen, mit denen D reagiert. Falls Carboxylendgruppen modifiziert werden sollen, verwendet man bevorzugt 0,5 bis 2,5, bevorzugt 0,6 bis 2 und besonders bevorzugt 0,7 bis 1 ,5 molare Äquivalente eines Amins, z. B. eines Mono- oder Diamins und insbesondere eines Triamins mit primären oder sekundären Aminogruppen, pro ein mol Carboxylendgruppen.Depending on the type and amount of the monomers used and the reaction conditions, the hyperbranched polyamide may have terminal carboxyl groups (-COOH) or terminal amino groups (-NH, -NH 2) or both. The choice of the comonomer D added for functionalization depends in the usual way on the type and number of terminal groups with which D reacts. If carboxyl end groups are to be modified, preference is given to using from 0.5 to 2.5, preferably from 0.6 to 2, and particularly preferably from 0.7 to 1.5 molar equivalents of an amine, eg. Example, a mono- or diamine and in particular a triamine having primary or secondary amino groups, per one mol of carboxyl end groups.
Falls Aminoendgruppen modifiziert werden sollen, verwendet man bevorzugt 0,5 bis 2,5, bevorzugt 0,6 bis 2 und besonders bevorzugt 0,7 bis 1 ,5 molare Äquivalente einer Monocarbonsäure pro ein mol Aminoendgruppen.If amino end groups are to be modified, preference is given to using from 0.5 to 2.5, preferably from 0.6 to 2, and particularly preferably from 0.7 to 1.5 molar equivalents of a monocarboxylic acid per one mol of amino end groups.
Wie erwähnt können Aminoendgruppen auch mit den genannten Acrylaten in einer Michael-Addition umgesetzt werden, wozu man bevorzugt 0,5 bis 2,5, insbesondere 0,6 bis 2 und besonders bevorzugt 0,7 bis 1 ,5 molare Äquivalente eines Acrylats pro ein mol Aminoendgruppen, verwendet.As mentioned, amino end groups can also be reacted with said acrylates in a Michael addition, preferably 0.5 to 2.5, in particular 0.6 to 2 and particularly preferably 0.7 to 1.5 molar equivalents of an acrylate per one moles of amino end groups.
Die Zahl freier COOH-Gruppen (Säurezahl) des Endprodukts Polyamid beträgt in der Regel 0 bis 400, bevorzugt 0 bis 200 mg KOH pro Gramm Polymer und kann z. B. durch Titration nach DIN 53240-2 bestimmt werden. Die Umsetzung der Monomere A2 mit den Monomeren B3 erfolgt in der Regel bei erhöhter Temperatur, beispielsweise 80 bis 180 0C, insbesondere 90 bis 160 0C. Bevorzugt arbeitet man unter Inertgas, z. B. Stickstoff, oder im Vakuum, in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Lösungsmittels wie Wasser, 1 ,4-Dioxan, Dimethylformamid (DMF) oder Dimethylacetamid (DMAC). Gut geeignet sind Lösungsmittelgemische z. B. aus Wasser und 1 ,4-Dioxan. Erforderlich ist ein Lösungsmittel jedoch nicht; beispielsweise kann man die Carbonsäure vorlegen und aufschmelzen, und der Schmelze das Amin zufügen. Das im Verlauf der Polymerisation (Polykondensation) gebildete Reaktionswasser wird beispielsweise im Vakuum abgezogen oder bei Verwendung von geeigne- ten Lösungsmitteln wie Toluol, durch azeotrope Destillation entfernt.The number of free COOH groups (acid number) of the final product polyamide is usually 0 to 400, preferably 0 to 200 mg KOH per gram of polymer and may, for. B. be determined by titration according to DIN 53240-2. The reaction of the monomers A2 with the monomers B3 is usually carried out at elevated temperature, for example 80 to 180 0 C, in particular 90 to 160 0 C. Preferably, it is carried out under inert gas, for. As nitrogen, or in vacuo, in the presence or absence of a solvent such as water, 1, 4-dioxane, dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAC). Are very suitable solvent mixtures z. B. from water and 1, 4-dioxane. However, a solvent is not required; For example, you can submit the carboxylic acid and melt, and add the amine to the melt. The water of reaction formed in the course of the polymerization (polycondensation) is removed, for example, in vacuo or removed by azeotropic distillation using suitable solvents, such as toluene.
Der Druck ist in der Regel unkritisch und liegt bei z. B. 1 mbar bis 100 bar absolut. Falls man kein Lösungsmittel verwendet, kann durch Arbeiten unter Vakuum, z. B. 1 bis 500 mbar, das Reaktionswasser auf einfache Weise entfernt werden.The pressure is usually not critical and is z. B. 1 mbar to 100 bar absolute. If you do not use a solvent, by working under vacuum, z. B. 1 to 500 mbar, the reaction water can be removed in a simple manner.
Die Reaktionsdauer beträgt üblicherweise 5 Minuten bis 48 Stunden, bevorzugt 30 min bis 24 Stunden und besonders bevorzugt 1 Stunde bis 10 Stunden.The reaction time is usually 5 minutes to 48 hours, preferably 30 minutes to 24 hours and more preferably 1 hour to 10 hours.
Die Umsetzung von Carbonsäure und Amin kann in Abwesenheit oder Anwesenheit von Katalysatoren erfolgen. Geeignete Katalysatoren sind beispielsweise die weiter unten genannten Amidierungskatalysatoren.The reaction of carboxylic acid and amine can be carried out in the absence or presence of catalysts. Suitable catalysts are, for example, the amidation catalysts mentioned below.
Falls Katalysatoren mit verwendet werden, beträgt ihre Menge üblicherweise 1 bis 5000, bevorzugt 10 bis 1000 Gew. ppm, bezogen auf die Summe der Monomeren A2 und B3.If catalysts are used, their amount is usually 1 to 5000, preferably 10 to 1000 ppm by weight, based on the sum of the monomers A2 and B 3 .
Während oder nach der Polymerisation können, falls gewünscht, die erwähnten Ket- tenverlängerer C zugefügt werden. Außerdem kann man vor, während oder nach der Polymerisation die genannten Comonomere D zufügen, um das hyperverzweigte PoIy- amid chemisch zu modifizieren.During or after the polymerization, if desired, the mentioned chain extenders C can be added. In addition, it is possible to add said comonomers D before, during or after the polymerization in order to chemically modify the hyperbranched polyamide.
Die Reaktion der Comonomere D kann, falls erforderlich, durch übliche Amidierungskatalysatoren katalysiert werden. Solche Katalysatoren sind z. B. Ammoniumphosphat, Triphenylphosphit oder Dicyclohexylcarbodiimid. Insbesondere bei temperaturempfind- liehen Comonomeren D und bei Methacrylaten oder Fettalkoholen als Comonomer D, kann man die Reaktion auch durch Enzyme katalysieren, wobei man üblicherweise bei 40 bis 90 0C, bevorzugt 50 bis 85 0C und insbesondere 55 bis 80 0C und in Gegenwart eines radikalischen Inhibitors arbeitet.The reaction of the comonomers D may, if required, be catalyzed by conventional amidation catalysts. Such catalysts are z. For example, ammonium phosphate, triphenyl phosphite or dicyclohexylcarbodiimide. Particularly in the case of temperature-loan comonomers D and methacrylates or fatty alcohols as comonomer D, the reaction can be also carried enzymes catalyze, usually being at 40 to 90 0 C, preferably 50 to 85 0 C and in particular 55 to 80 0 C and in Presence of a radical inhibitor works.
Der Inhibitor und gegebenenfalls Arbeiten unter Inertgas verhindert eine radikalische Polymerisation und außerdem unerwünschte Vernetzungsreaktionen ungesättigter funktioneller Gruppen. Solche Inhibitoren sind z. B. Hydrochinon, Hydrochinonmono- methylether, Phenothiazin, Phenolderivate wie 2-tert-Butyl-4-methylphenol, 6-tert-Butyl-2,4-dimethylphenol oder N-Oxylverbindungen wie 4-Hydroxy- 2,2,6,6-tetramethyl-piperidin-N-oxyl (Hydroxy-TEMPO), 4-Oxo-2,2, 6,6-tetramethyl- piperidin-N-oxyl (TEMPO), in Mengen von 50 bis 2000 Gew.-ppm, bezogen auf die Summe der Monomeren A2 und B3.The inhibitor and, if appropriate, working under inert gas prevents free-radical polymerization and also undesired crosslinking reactions of unsaturated functional groups. Such inhibitors are z. Hydroquinone, hydroquinone mono- methyl ether, phenothiazine, phenol derivatives such as 2-tert-butyl-4-methylphenol, 6-tert-butyl-2,4-dimethylphenol or N-oxyl compounds such as 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N- oxyl (hydroxy-TEMPO), 4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl (TEMPO), in amounts of from 50 to 2000 ppm by weight, based on the sum of the monomers A2 and B3 ,
Die Herstellung wird bevorzugt diskontinuierlich, kann aber auch kontinuierlich durchgeführt werden, beispielsweise in Rührbehältern, Rohrreaktoren, Turmreaktoren oder anderen üblichen Reaktoren, die mit statischen oder dynamischen Mischern und übli- chen Vorrichtungen zur Druck- und Temperaturkontrolle sowie zum Arbeiten unter Inertgas, ausgestattet sein können.The preparation is preferably batchwise, but can also be carried out continuously, for example in stirred tanks, tube reactors, tower reactors or other conventional reactors, which can be equipped with static or dynamic mixers and customary devices for pressure and temperature control and for working under inert gas ,
Beim Arbeiten ohne Lösungsmittel erhält man in der Regel unmittelbar das Endprodukt, das erforderlichenfalls durch übliche Reinigungsoperationen gereinigt werden kann. Sofern ein Lösungsmittel mit verwendet wurde, kann dieses nach der Umsetzung in üblicher weise aus der Reaktionsmischung entfernt werden, etwa durch Vakuumdestillation.When working without solvent is usually obtained directly the final product, which can be cleaned if necessary by conventional cleaning operations. If a solvent has been used with, this can be removed after the reaction in a conventional manner from the reaction mixture, such as by vacuum distillation.
Das Verfahren zeichnet sich durch seine große Einfachheit aus. Es ermöglicht die Her- Stellung von hyperverzweigten Polyamiden in einer simplen Ein-Topf-Reaktion. Die Isolierung oder Reinigung von Zwischenstufen oder die Verwendung von Schutzgruppen für Zwischenstufen sind nicht erforderlich. Das Verfahren ist ökonomisch vorteilhaft, da die Monomere handelsüblich und preiswert sind.The process is characterized by its great simplicity. It allows the preparation of hyperbranched polyamides in a simple one-pot reaction. The isolation or purification of intermediates or the use of protective groups for intermediates are not required. The process is economically advantageous because the monomers are commercially available and inexpensive.
Hyperverzweigte PolyesteramideHyperbranched polyesteramides
Geeignete hyperverzweigte Polyesteramide lassen sich z. B. durch Umsetzung einer Carbonsäure mit mindestens zwei Carboxylgruppen mit einem Aminoalkohol, der mindestens eine Aminogruppe und mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweist, herstellen.Suitable hyperbranched polyesteramides can be z. Example, by reacting a carboxylic acid having at least two carboxyl groups with an aminoalcohol having at least one amino group and at least two hydroxyl groups produce.
Das Verfahren geht aus von einer Carbonsäure mit mindestens zwei Carboxylgruppen (Dicarbonsäure, Tricarbonsäure oder höherfunktionelle Carbonsäure) und einem Aminoalkohol (Alkanolamin) mit mindestens einer Aminogruppe und mindestens zwei Hydroxylgruppen.The process is based on a carboxylic acid having at least two carboxyl groups (dicarboxylic acid, tricarboxylic acid or higher functional carboxylic acid) and an aminoalcohol (alkanolamine) having at least one amino group and at least two hydroxyl groups.
Geeignete Carbonsäuren weisen üblicherweise 2 bis 4, insbesondere 2 oder 3 Carboxylgruppen, und einen Alkylrest, Arylrest oder Arylalkylrest mit 1 bis 30 C-Atomen auf. Als Carbonsäuren kommen alle bereits im Zusammenhang mit den hyperverzweigten Polyamiden genannten Di-, Tri- und Tetracarbonsäuren und deren Derivate in Betracht.Suitable carboxylic acids usually have 2 to 4, in particular 2 or 3, carboxyl groups, and an alkyl radical, aryl radical or arylalkyl radical having 1 to 30 C atoms. Suitable carboxylic acids are all di-, tri- and tetracarboxylic acids and derivatives thereof already mentioned in connection with the hyperbranched polyamides.
Besonders bevorzugt setzt man als Carbonsäure Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipin- säure, 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ,4-Cyclohexandicarbonsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Te- rephthalsäure oder deren Dimethylester ein. Ganz besonders bevorzugt sind Bernsteinsäure und Adipinsäure.Succinic acid, glutaric acid, adipic acid, 1, 2, 1, 3 or 1, 4-cyclohexanedicarboxylic acid, phthalic acid, isophthalic acid, Rephthalic acid or its dimethyl ester. Very particular preference is given to succinic acid and adipic acid.
Als Aminoalkohole (Alkanolamine) mit mindestens einer Aminogruppe und mindestens zwei Hydroxylgruppen sind vorzugsweise Dialkanolamine und Trialkanolamine geeignet. Als Dialkanolamine kommen z. B. solche der Formel 1Suitable amino alcohols (alkanolamines) having at least one amino group and at least two hydroxyl groups are preferably dialkanolamines and trialkanolamines. As dialkanolamines come z. B. those of formula 1
(1 )(1 )
in Betracht, wobei R1 , R2, R3 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoff, Ci-6-Alkyl, C3-12-Cycloalkyl oder Cβ-M-Aryl (inkl. Arylalkyl) bedeuten.in which R1, R2, R3 and R4, independently of one another, denote hydrogen, C 1-6 -alkyl, C 3-12 -cycloalkyl or Cβ-M-aryl (including arylalkyl).
Geeignete Dialkanolamine sind z. B. Diethanolamin, Dipropanolamin, Diisopropanol- amin, 2-Amino-1 ,3-propandiol, 3-Amino-1 ,2-propandiol, 2-Amino-1 ,3-propandiol, Dibu- tanolamin, Diisobutanolamin, Bis(2-hydroxy-1-butyl)amin, Bis(2-hydroxy-1-propyl)amin und Dicyclohexanolamin.Suitable dialkanolamines are, for. B. diethanolamine, dipropanolamine, diisopropanolamine, 2-amino-1, 3-propanediol, 3-amino-1, 2-propanediol, 2-amino-1, 3-propanediol, dibutanolamine, diisobutanolamine, bis (2- hydroxy-1-butyl) amine, bis (2-hydroxy-1-propyl) amine and dicyclohexanolamine.
Als Trialkanolamine eignen sich solche der Formel 2Suitable trialkanolamines are those of the formula 2
(2)(2)
wobei R1 , R2 und R3 die bei Formel 1 angegebene Bedeutung haben und I, m und n unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 12 sind. Beispielsweise ist Tris(hydroxymethyl)aminomethan geeignet.wherein R1, R2 and R3 have the meaning given in formula 1 and I, m and n are independently integers from 1 to 12. For example, tris (hydroxymethyl) aminomethane is suitable.
Bevorzugt verwendet man als Aminoalkohol Diethanolamin (DEA) oder Diisopropanol- amin (DIPA). In einem bevorzugten Verfahren verwendet man als Carbonsäure eine Dicarbonsäure und als Aminoalkohol einen Alkohol mit einer Aminogruppe und zwei Hydroxylgruppen.The amino alcohol used is preferably diethanolamine (DEA) or diisopropanolamine (DIPA). In a preferred process, the carboxylic acid used is a dicarboxylic acid and the amino alcohol is an alcohol having one amino group and two hydroxyl groups.
Mit dem Verfahren lassen sich auch funktionalisierte Polyesteramide herstellen. Dazu werden Comonomere C mit verwendet, wobei diese vor, während oder nach der Umsetzung von Carbonsäure, Aminoalkohol und gegebenenfalls Monomer M, zugefügt werden können. Man erhält auf diese Weise ein mit den Comonomereinheiten und deren funktionellen Gruppen chemisch modifiziertes Polymer.The process can also be used to produce functionalized polyesteramides. Comonomers C are used for this purpose, and these can be added before, during or after the reaction of carboxylic acid, aminoalcohol and optionally monomer M. This gives a chemically modified polymer with the comonomer units and their functional groups.
Demnach ist das Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass man vor, während oder nach der Umsetzung von Carbonsäure, Aminoalkohol und gegebenenfalls Monomer M, ein Comonomer C mit verwendet, wodurch ein modifiziertes Polyesteramid entsteht. Das Comonomer kann eine, zwei oder mehr funktionelle Gruppen enthalten.Accordingly, in a preferred embodiment, the process is characterized in that a comonomer C is used before, during or after the reaction of carboxylic acid, aminoalcohol and, if appropriate, monomer M, with the result that a modified polyesteramide is formed. The comonomer may contain one, two or more functional groups.
Geeignete Comonomere C sind die bereits im Zusammenhang mit den hyperverzweigten Polyamiden genannten gesättigten und ungesättigten Monocarbonsäuren, auch Fettsäuren, deren Anhydride und Ester, Alkohole, Acrylate sowie die bereits genannten mono- oder höherfunktionellen Alkohole (auch Diole, Polyole), Amine (auch Diamine, Triamine) und Aminoalkohole (Alkanolamine).Suitable comonomers C are the saturated and unsaturated monocarboxylic acids already mentioned in connection with the hyperbranched polyamides, also fatty acids, their anhydrides and esters, alcohols, acrylates and the already mentioned mono- or higher-functional alcohols (also diols, polyols), amines (also diamines, Triamines) and amino alcohols (alkanolamines).
Die Menge der Comonomere C richtet sich in üblicher Weise danach, in welchem Ausmaß das Polymer modifiziert werden soll. In der Regel beträgt die Menge der Co- monomeren C 0,5 bis 40, bevorzugt 1 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Summe der eingesetzten Monomeren Carbonsäure und Aminoalkohol.The amount of comonomer C depends in the usual way by how much the polymer is to be modified. In general, the amount of C monomers C is 0.5 to 40, preferably 1 to 35 wt .-%, based on the sum of the monomers used carboxylic acid and aminoalcohol.
Die Zahl freier OH-Gruppen (Hydroxylzahl) des Endprodukts Polyesteramid beträgt in der Regel 10 bis 500, bevorzugt 20 bis 450 mg KOH pro Gramm Polymer und kann z. B. durch Titration nach DIN 53240-2 bestimmt werden.The number of free OH groups (hydroxyl number) of the end product polyester amide is generally from 10 to 500, preferably from 20 to 450 mg KOH per gram of polymer and can, for. B. be determined by titration according to DIN 53240-2.
Die Zahl freier COOH-Gruppen (Säurezahl) des Endprodukts Polyesteramid beträgt in der Regel 0 bis 400, bevorzugt 0 bis 200 mg KOH pro Gramm Polymer und kann ebenfalls durch Titration nach DIN 53240-2 bestimmt werden.The number of free COOH groups (acid number) of the end product polyesteramide is generally 0 to 400, preferably 0 to 200 mg KOH per gram of polymer and can likewise be determined by titration to DIN 53240-2.
Die Umsetzung der Carbonsäure mit dem Aminoalkohol erfolgt in der Regel bei erhöhter Temperatur, beispielsweise 80 bis 250 0C, insbesondere 90 bis 220 0C und besonders bevorzugt 95 bis 180 0C. Sofern man das Polymer zwecks Modifizierung mit Co- monomeren C umsetzt und dazu Katalysatoren verwendet (siehe weiter unten), kann man die Reaktionstemperatur an den jeweiligen Katalysator anpassen und arbeitet in der Regel bei 90 bis 200 0C, bevorzugt 100 bis 190 0C und insbesondere 1 10 bis 180 0C. Bevorzugt arbeitet man unter Inertgas, z. B. Stickstoff, oder im Vakuum, in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Lösungsmittels wie 1 ,4-Dioxan, Dimethylformamid (DMF) oder Dimethylacetamid (DMAc). Erforderlich ist ein Lösungsmittel jedoch nicht; beispielsweise kann man die Carbonsäure mit dem Aminoalkohol vermischen und - gege- benenfalls in Gegenwart eines Katalysators - bei erhöhter Temperatur umsetzen. Das im Verlauf der Polymerisation (Polykondensation) gebildete Reaktionswasser wird beispielsweise im Vakuum abgezogen oder bei Verwendung von geeigneten Lösungsmitteln wie Toluol, durch azeotrope Destillation entfernt.The reaction of the carboxylic acid with the amino alcohol is generally carried out at elevated temperature, for example 80 to 250 0 C, in particular 90 to 220 0 C and particularly preferably 95 to 180 0 C. If the polymer for the purpose of modification with C monomers C and catalysts used for this purpose (see below), you can adjust the reaction temperature of the respective catalyst and usually operates at 90 to 200 0 C, preferably 100 to 190 0 C and in particular 1 10 to 180 0 C. Preference is given to working under inert gas, for. As nitrogen, or in vacuo, in the presence or absence of a solvent such as 1, 4-dioxane, dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAc). However, a solvent is not required; For example, the carboxylic acid can be mixed with the aminoalcohol and, if appropriate in the presence of a catalyst, reacted at elevated temperature. The water of reaction formed in the course of the polymerization (polycondensation) is removed, for example, in vacuo or removed by the use of suitable solvents, such as toluene, by azeotropic distillation.
Das Ende der Umsetzung von Carbonsäure und Aminoalkohol kann man oftmals daran erkennen, dass die Viskosität der Reaktionsmischung plötzlich schnell anzusteigen beginnt. Beim beginnenden Viskositätsanstieg kann man die Reaktion abstoppen, beispielsweise durch Abkühlen. Danach kann man an einer Probe der Mischung die Car- boxylgruppenanzahl im (Prä)polymer bestimmen, beispielsweise durch Titration der Säurezahl nach DIN 53402-2, und anschließend gegebenenfalls das Monomer M und/oder Comonomer C, zufügen und umsetzen.The end of the reaction of carboxylic acid and aminoalcohol can often be recognized by the fact that the viscosity of the reaction mixture suddenly begins to increase rapidly. At the onset of viscosity increase, the reaction can be stopped, for example by cooling. Thereafter, the carboxyl group number in the (pre) polymer can be determined on a sample of the mixture, for example by titration of the acid number according to DIN 53402-2, and then optionally the monomer M and / or comonomer C, add and react.
Der Druck ist in der Regel unkritisch und liegt bei z. B. 1 mbar bis 100 bar absolut. Falls man kein Lösungsmittel verwendet, kann durch Arbeiten unter Vakuum, z. B. 1 bis 500 mbar absolut, das Reaktionswasser auf einfache Weise entfernt werden. Die Reaktionsdauer beträgt üblicherweise 5 Minuten bis 48 Stunden, bevorzugt 30 Minuten bis 24 Stunden und besonders bevorzugt 1 Stunde bis 10 Stunden.The pressure is usually not critical and is z. B. 1 mbar to 100 bar absolute. If you do not use a solvent, by working under vacuum, z. B. 1 to 500 mbar absolute, the reaction water can be easily removed. The reaction time is usually 5 minutes to 48 hours, preferably 30 minutes to 24 hours and more preferably 1 hour to 10 hours.
Wie erwähnt kann man vor, während oder nach der Polymerisation die genannten Co- monomere C zufügen, um das hyperverzweigte Polyesteramid chemisch zu modifizieren.As mentioned, before, during or after the polymerization, the said monomers C can be added in order to chemically modify the hyperbranched polyesteramide.
Bei dem Verfahren kann ein Katalysator mit verwendet werden, der die Umsetzung der Carbonsäure mit dem Aminoalkohol (Veresterung) katalysiert.In the method, a catalyst can be used, which catalyzes the reaction of the carboxylic acid with the amino alcohol (esterification).
Als Katalysatoren sind saure, bevorzugt anorganische Katalysatoren, Organometall- Katalysatoren oder Enzyme geeignet.Suitable catalysts are acidic, preferably inorganic catalysts, organometallic catalysts or enzymes.
Als saure anorganische Katalysatoren sind beispielsweise Schwefelsäure, Phosphor- säure, Phosphonsäure, hypophosphorige Säure, Aluminiumsulfathydrat, Alaun, saures Kieselgel (pH < 6, insbesondere ≤ 5) und saures Aluminiumoxid zu nennen. Weiterhin sind beispielsweise Aluminiumverbindungen der allgemeinen Formel AI(OR)3 und Titanate der allgemeinen Formel Ti(OR)4 als saure anorganische Katalysatoren einsetzbar. Bevorzugte saure metallorganische Katalysatoren sind beispielsweise gewählt aus Dialkylzinnoxiden R2SnO, wobei R wie oben stehend definiert ist. Ein besonders bevorzugter Vertreter für saure metallorganische Katalysatoren ist Di-n-butylzinnoxid, das als so genanntes Oxo-Zinn kommerziell erhältlich ist. Geeignet ist beispielsweise Fascat® 4201 , ein Di-n-butylzinnoxid von Fa. Atofina.Examples of acidic inorganic catalysts are sulfuric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, hypophosphorous acid, aluminum sulfate hydrate, alum, acidic silica gel (pH <6, in particular ≦ 5) and acidic aluminum oxide. Furthermore, for example, aluminum compounds of the general formula Al (OR) 3 and titanates of the general formula Ti (OR) 4 can be used as acidic inorganic catalysts. Preferred acidic organometallic catalysts are, for example, selected from dialkyltin oxides R2SnO, where R is as defined above. A particularly preferred representative of acidic organometallic catalysts is di-n-butyltin oxide, which is commercially available as so-called oxo-tin. Suitable examples are Fascat® 4201, a di-n-butyltin oxide from Fa. Atofina.
Bevorzugte saure organische Katalysatoren sind saure organische Verbindungen mit beispielsweise Phosphatgruppen, Sulfonsäuregruppen, Sulfatgruppen oder Phosphon- säuregruppen. Besonders bevorzugt sind Sulfonsäuren wie beispielsweise para- Toluolsulfonsäure. Man kann auch saure lonentauscher als saure organische Katalysatoren einsetzen, beispielsweise sulfonsäuregruppenhaltige Polystyrolharze, die mit etwa 2 Mol-% Divinylbenzol vernetzt sind.Preferred acidic organic catalysts are acidic organic compounds with, for example, phosphate groups, sulfonic acid groups, sulfate groups or phosphonic acid groups. Particularly preferred are sulfonic acids such as para-toluenesulfonic acid. It is also possible to use acidic ion exchangers as acidic organic catalysts, for example polystyrene resins containing sulfonic acid groups, which are crosslinked with about 2 mol% of divinylbenzene.
Falls ein Katalysator verwendet wird, beträgt seine Menge üblicherweise 1 bis 5000 und bevorzugt 10 bis 1000 Gew.- ppm, bezogen auf die Summe an Carbonsäure und Aminoalkohol.If a catalyst is used, its amount is usually 1 to 5,000 and preferably 10 to 1,000 ppm by weight, based on the sum of carboxylic acid and amino alcohol.
Speziell die Reaktion der Comonomere C kann auch durch die bereits genannten Ami- dierungskatalysatoren katalysiert werden, wobei man üblicherweise bei 40 bis 90 0C, bevorzugt 50 bis 85 0C und insbesondere 55 bis 80 0C und in Gegenwart eines radikalischen Inhibitors arbeitet.Specifically, the reaction of the comonomers C can also be catalysed by the above-mentioned amidation catalysts, which is usually at 40 to 90 0 C, preferably 50 to 85 0 C and especially 55 to 80 0 C and in the presence of a radical inhibitor works.
Das Verfahren kann bevorzugt diskontinuierlich, aber auch kontinuierlich durchgeführt werden, beispielsweise in Rührbehältern, Rohrreaktoren, Turmreaktoren oder anderen üblichen Reaktoren, die mit statischen oder dynamischen Mischern, und üblichen Vorrichtungen zur Druck- und Temperaturkontrolle sowie zum Arbeiten unter Inertgas, ausgestattet sein können.The process may preferably be carried out batchwise, but also continuously, for example in stirred tanks, tubular reactors, tower reactors or other conventional reactors, which may be equipped with static or dynamic mixers, and conventional pressure and temperature control devices and with inert gas.
Beim Arbeiten ohne Lösungsmittel erhält man in der Regel unmittelbar das Endprodukt, das erforderlichenfalls durch übliche Reinigungsoperationen gereinigt werden kann. Sofern ein Lösungsmittel mit verwendet wurde, kann dieses nach der Umsetzung in üblicher weise aus der Reaktionsmischung entfernt werden, etwa durch Vakuum- destillation.When working without solvent is usually obtained directly the final product, which can be cleaned if necessary by conventional cleaning operations. If a solvent was also used, this can be removed from the reaction mixture in a customary manner after the reaction, for example by vacuum distillation.
Die zuvor beschriebenen hyperverzweigten Polymere können zusätzlich einer polymeranalogen Umsetzung unterzogen werden. Somit gelingt es, ihre Eigenschaften unter Umständen noch besser an den Einsatz in verschiedenen Dispersionen anzu- passen. Zur polymeranalogen Umsetzung können ursprünglich im Polymer vorhandene funktionelle Gruppen (z. B. A- oder B-Gruppen) einer Umsetzung unterzogen werden, so dass die resultierenden Polymere wenigstens eine neue Funktionalität aufweisen.The hyperbranched polymers described above may additionally be subjected to a polymer-analogous reaction. This makes it possible, under certain circumstances, to adapt their properties even better to use in different dispersions. For the polymer-analogous reaction, functional groups originally present in the polymer (eg A or B groups) may be subjected to a reaction, so that the resulting polymers have at least one new functionality.
Die polymeranaloge Umsetzung der hyperverzweigten Polymere kann während der Herstellung der Polymere, unmittelbar im Anschluss an die Polymerisationsreaktion oder in einem separaten Reaktionsschritt erfolgen. Gibt man vor oder während des Polymeraufbaus Komponenten zu, die neben A- und B-Gruppen weitere funktionelle Gruppen aufweisen, so erhält man ein hyperverzweigtes Polymer, in dem diese weiteren funktionellen Gruppen im Wesentlichen statistisch verteilt sind.The polymer-analogous reaction of the hyperbranched polymers can take place during the preparation of the polymers, immediately after the polymerization reaction or in a separate reaction step. If, before or during the polymer synthesis, components are added which have further functional groups in addition to A and B groups, the result is a hyperbranched polymer in which these further functional groups are substantially randomly distributed.
Zur Umfunktionalisierung eingesetzte Verbindungen können einerseits die gewünschte, neu einzuführende funktionelle Gruppe sowie eine zweite Gruppe enthalten, die mit den B-Gruppen des als Ausgangsmaterial verwendeten hyperverzweigten Polymers unter Bildung einer Bindung zur Reaktion befähigt ist. Ein Beispiel dafür ist die Umsetzung einer Isocyanatgruppe mit einer Hydroxycarbonsäure oder einer Aminocarbon- säure unter Bildung einer Säurefunktionalität oder die Umsetzung einer OH-Gruppe mit Acrylsäureanhydrid unter Bildung einer reaktionsfähigen acrylischen Doppelbindung.Compounds used for re-functionalization may contain, on the one hand, the desired functional group to be introduced and a second group which is capable of reacting with the B groups of the hyperbranched polymer used as the starting material to form a bond. An example of this is the reaction of an isocyanate group with a hydroxycarboxylic acid or an aminocarboxylic acid to form an acid functionality or the reaction of an OH group with acrylic anhydride to form a reactive acrylic double bond.
Beispiele für geeignete funktionelle Gruppen, die mittels geeigneter Reaktionspartner eingeführt werden können, umfassen insbesondere saure oder basische, H-Atome aufweisende Gruppen sowie deren Derivate, wie -OC(O)OR, -COOH, -COOR, -CONHR, -CONH2, -OH, -SH, -NH2, -NHR, -NR2, -SO3H, - SO3R, -NHCOOR, -NHCONH2, -NHCONHR, etc. Gegebenenfalls können ionisierbare funktionellen Grup- pen auch mit Hilfe geeigneter Säuren oder Basen in die entsprechenden Salze überführt werden. Weiterhin können primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen auch einer Quaternisierung, z. B. mit Alkylhalogeniden oder Dialkylsulfaten, unterzogen werden. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise wasserlösliche oder wasserdisper- gierbare hyperverzweigte Polymere erhalten.Examples of suitable functional groups which can be introduced by means of suitable reactants include, in particular, acidic or basic groups containing H atoms, and derivatives thereof, such as -OC (O) OR, -COOH, -COOR, -CONHR, -CONH 2 , -OH, -SH, -NH 2, -NHR, -NR 2, -SO 3 H, - SO 3 R, -NHCOOR, -NHCONH 2, -NHCONHR, etc. Optionally ionizable functional group-pen with the aid of suitable Acids or bases are converted into the corresponding salts. Furthermore, primary, secondary or tertiary amino groups also a quaternization, z. With alkyl halides or dialkyl sulfates. In this way, for example, water-soluble or water-dispersible hyperbranched polymers can be obtained.
Bei den Resten R der besagten Gruppen handelt es sich vorzugsweise um geradketti- ge oder verzweigte, unsubstituierte oder substituierte Alkylreste. Beispielsweise handelt es sich um Ci-C3o-Alkylreste oder um C6-Ci4-Arylreste. Geeignete funktionelle Gruppen sind beispielsweise -CN oder -ORa, mit Ra = H oder Alkyl.The radicals R of the said groups are preferably straight-chain or branched, unsubstituted or substituted alkyl radicals. For example, they are C 1 -C 30 -alkyl radicals or C 6 -C 14 -aryl radicals. Suitable functional groups are, for example, -CN or -OR a , with R a = H or alkyl.
Für die Verwendung der hyperverzweigten Polymere in Dispersionen kann es vorteilhaft sein, wenn hydrophile und hydrophobe Molekülteile in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Eine Hydrophobierung eines hyperverzweigten Polymers kann z. B. dadurch erfolgen, dass man monofunktionelle hydrophobe Verbindungen einsetzt, mit der vorhandene reaktive Gruppen vor, während oder nach der Polymerisation modifiziert werden. So können die erfindungsgemäßen Polymere z. B. durch Umsetzung mit monofunktionellen, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen oder aromatischen Aminen, Alkoholen, Carbonsäuren, Epoxiden oder Isocyanaten hydrophobiert werden.For the use of the hyperbranched polymers in dispersions, it may be advantageous if hydrophilic and hydrophobic moieties are in a specific relationship to one another. A hydrophobing of a hyperbranched polymer can, for. Example, by using monofunctional hydrophobic compounds are modified with the existing reactive groups before, during or after the polymerization. Thus, the polymers of the invention z. B. be rendered hydrophobic by reaction with monofunctional, saturated or unsaturated aliphatic or aromatic amines, alcohols, carboxylic acids, epoxides or isocyanates.
Weiterhin können z. B. auch di- oder höherfunktionelle, hydrophobe Gruppen aufweisende Monomere während des Molekulargewichtsaufbaus einpolymerisiert werden. Hierzu können beispielsweise di- oder höherfunktionelle Alkohole, di- oder höherfunkti- onelle Amine, di- oder höherfunktionelle Isocyanate, di- oder höherfunktionelle Carbonsäuren, di- oder höherfunktionelle Epoxide, die zu den reaktiven Gruppen zusätzlich aromatische Reste oder langkettige Alkan-, Alken- oder Alkin-Reste tragen, verwendet werden.Furthermore, z. B. di- or higher functional, hydrophobic group-containing monomers can be polymerized during the molecular weight build-up. For example, difunctional or higher-functional alcohols, di- or higher-functional alcohols can be used for this purpose. onelle amines, di- or higher functional isocyanates, di- or higher functional carboxylic acids, di- or higher functional epoxides, which additionally carry aromatic radicals or long-chain alkane, alkene or alkyne radicals to the reactive groups.
Beispiele für derartige Monomere sind Alkohole, wie Glycerinmonostearat, Glycerin- monooleat, Hexandiol, Octandiol, Decandiol, Dodecandiol, Octadecandiol, Dimerfettal- kohole, Amine, wie Hexamethylendiamin, Octandiamin, Dodecandiamin, Isocyanate, wie aromatische oder aliphatische Di- und Polyisocyanate, z. B. Diphenylmethandiiso- cyanat und dessen höheroligomere Spezies, Toluylendiisocyanat, Naphthylendiisocya- nat, Xylylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat-Trimere, Isophorondiisocyanat, Bis(diisocyanato-cyclohexyl)-methan oder Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, Säuren, wie Adipinsäure, Octandisäure, Dodecandi- säure, Octadecandisäure oder Dimerfettsäuren.Examples of such monomers are alcohols, such as glycerol monostearate, glycerol monooleate, hexanediol, octanediol, decanediol, dodecanediol, octadecanediol, dimer fatty alcohols, amines, such as hexamethylenediamine, octanediamine, dodecanediamine, isocyanates, such as aromatic or aliphatic di- and polyisocyanates, eg. Diphenylmethane diisocyanate and its higher oligomeric species, tolylene diisocyanate, naphthylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate trimers, isophorone diisocyanate, bis (diisocyanatocyclohexyl) methane or bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, acids such as adipic acid, octanedioic acid, dodecanedi acid, octadecanedioic acid or dimer fatty acids.
Weiterhin können die erfindungsgemäß eingesetzten hyperverzweigten Polymere hy- drophiliert werden. Dazu können z. B. Hydroxylgruppen und/oder primäre oder sekundäre Aminogruppen enthaltende hyperverzweigte Polymere durch Umsetzung mit Alky- lenoxiden, z. B. Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder Mischungen davon, in hochfunktionelle Polymer-Polyole überführt werden. Bevorzugt wird zur Alkoxilierung Ethylenoxid eingesetzt. Als weitere Option können aber auch di- oder höherfunktionelle Alkylenoxid-Alkohole oder Alkylenoxid-Amine als Aufbaukomponenten bei der Herstellung der hyperverzweigten Polymere eingesetzt werden.Furthermore, the hyperbranched polymers used according to the invention can be hydrophilized. These can z. As hydroxyl groups and / or primary or secondary amino groups containing hyperbranched polymers by reaction with Alky- lenoxiden, z. For example, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or mixtures thereof, be converted into highly functional polymer polyols. Preferably, ethylene oxide is used for the alkoxylation. As a further option, however, di- or higher-functional alkylene oxide alcohols or alkylene oxide amines can also be used as synthesis components in the preparation of the hyperbranched polymers.
Es können auch hyperverzweigte Polymere erzeugt werden, die verschiedenartige Funktionalitäten aufweisen. Dies kann beispielsweise durch Umsetzung mit einem Gemisch verschiedener Verbindungen zur Umfunktionalisierung erfolgen, oder auch dadurch, dass man nur einen Teil der ursprünglich vorhandenen funktionellen Gruppen umsetzt.It is also possible to produce hyperbranched polymers which have various functionalities. This can be done, for example, by reaction with a mixture of different compounds for re-functionalization, or also by reacting only a part of the originally present functional groups.
Weiterhin lassen sich gemischt funktionelle Verbindungen dadurch erzeugen, dass man Monomere vom Typ ABC oder AB2C für die Polymerisation einsetzt, wobei C eine funktionelle Gruppe darstellt, die unter den gewählten Reaktionsbedingungen mit A oder B nicht reaktiv ist.Furthermore, mixed functional compounds can be produced by using ABC or AB2C type monomers for the polymerization, where C represents a functional group which is unreactive with A or B under the chosen reaction conditions.
Polymerdispersion PDPolymer dispersion PD
Zur Herstellung der Polymerdispersion PD) wird wenigstens ein ethylenisch ungesättigtes Monomer (M) eingesetzt. Bei dem Monomer (M) handelt es sich um α ,ß - ethylenisch ungesättigte Monomere, worunter im Rahmen der Erfindung Monomere mit einer endständigen Doppelbindung verstanden werden. Das Monomer (M) ist vorzugsweise ausgewählt unter Estern α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicar- bonsäuren mit Ci-C2o-Alkanolen, Vinylaromaten, Estern von Vinylalkohol mit C1-C30- Monocarbonsäuren, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylidenha- logeniden, monoethylenisch ungesättigten Carbon- und Sulfonsäuren, phosphorhalti- gen Monomeren, Estern α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C3o-Alkandiolen, Amiden α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C3o-Aminoalkoholen, die eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweisen, primären Amiden α,ß-ethylenisch ungesättigter Monocarbonsäuren und deren N-Alkyl- und N,N-Dialkylderivaten, N-Vinyllactamen, offenkettigen N-Vinylamidverbindungen, Estern von Allylalkohol mit Ci-C3o-Monocarbonsäuren, Estern von α,ß-ethylenisch un- gesättigten Mono- und Dicarbonsäuren mit Aminoalkoholen, Amiden α,ß-ethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren mit Diaminen, welche mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweisen, N,N-Diallylaminen, N,N-Diallyl-N- alkylaminen, vinyl- und allylsubstituierten Stickstoffheterocyclen, Vinylethern, C2-C8- Monoolefinen, nicht aromatischen Kohlenwasserstoffen mit mindestens zwei konjugier- ten Doppelbindungen, Polyether(meth)acrylaten, Harnstoffgruppen aufweisenden Monomeren und Mischungen davon.At least one ethylenically unsaturated monomer (M) is used to prepare the polymer dispersion PD). The monomer (M) is α, β-ethylenically unsaturated monomers, which in the context of the invention are understood to mean monomers having a terminal double bond. The monomer (M) is preferably selected from esters of α, β-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acid. acids with C 1 -C 20 -alkanols, vinylaromatics, esters of vinyl alcohol with C 1 -C 30 -monocarboxylic acids, ethylenically unsaturated nitriles, vinyl halides, vinylidene halides, monoethylenically unsaturated carboxylic and sulfonic acids, phosphorus-containing monomers, esters of α, β-ethylenically unsaturated mono - And dicarboxylic acids with C2-C3o-alkanediols, amides of α, ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C2-C3o-amino alcohols having a primary or secondary amino group, primary amides of α, ß-ethylenically unsaturated monocarboxylic acids and their N-alkyl - and N, N-dialkyl derivatives, N-vinyl lactams, open-chain N-vinyl amide compounds, esters of allyl alcohol with Ci-C3o monocarboxylic acids, esters of α, ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with amino alcohols, amides α, ß-ethylenic unsaturated mono- and dicarboxylic acids with diamines having at least one primary or secondary amino group, N, N-diallylamines, N, ND iallyl-N-alkylamines, vinyl- and allyl-substituted nitrogen heterocycles, vinyl ethers, C 2 -C 8 monoolefins, nonaromatic hydrocarbons having at least two conjugated double bonds, polyether (meth) acrylates, monomers containing urea groups and mixtures thereof.
Geeignete Ester α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit Ci-C2o-Alkanolen sind Methyl(meth)acrylat, Methylethacrylat, Ethyl(meth)acrylat, Ethylethacrylat, n-Propyl(meth)acrylat, lsopropyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, sec.-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butylethacrylat, n-Hexyl(meth)acrylat, n-Heptyl(meth)acrylat, n-Octyl(meth)acrylat, 1 ,1 ,3,3-Tetramethylbutyl(meth)acrylat, Ethylhexyl(meth)acrylat, n-Nonyl(meth)acrylat, n-Decyl(meth)acrylat, n-Undecyl(meth)acrylat, Tridecyl(meth)acrylat, Myristyl(meth)acrylat, Pentadecyl(meth)acrylat, Palmityl(meth)acrylat,Suitable esters of α, β-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 1 -C 20 -alkanols are methyl (meth) acrylate, methyl methacrylate, ethyl (meth) acrylate, ethyl methacrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n Butyl (meth) acrylate, sec-butyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, tert-butyl methacrylate, n-hexyl (meth) acrylate, n-heptyl (meth) acrylate, n-octyl ( meth) acrylate, 1,1,3,3-tetramethylbutyl (meth) acrylate, ethylhexyl (meth) acrylate, n-nonyl (meth) acrylate, n-decyl (meth) acrylate, n-undecyl (meth) acrylate, tridecyl ( meth) acrylate, myristyl (meth) acrylate, pentadecyl (meth) acrylate, palmityl (meth) acrylate,
Heptadecyl(meth)acrylat, Nonadecyl(meth)acrylat, Arachinyl(meth)acrylat, Behenyl(meth)acrylat, Lignoceryl(meth)acrylat, Cerotinyl(meth)acrylat, Melissinyl(meth)acrylat, Palmitoleinyl(meth)acrylat, Oleyl(meth)acrylat, Linolyl(meth)acrylat, Linolenyl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat und Mischungen davon.Heptadecyl (meth) acrylate, nonadecyl (meth) acrylate, arachinyl (meth) acrylate, behenyl (meth) acrylate, lignoceryl (meth) acrylate, cerotinyl (meth) acrylate, melissinyl (meth) acrylate, palmitoleinyl (meth) acrylate, oleyl ( meth) acrylate, linolyl (meth) acrylate, linolenyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate and mixtures thereof.
Bevorzugt als Vinylaromaten sind Styrol, 2-Methylstyrol, 4-Methylstyrol, 2-(n-Butyl)styrol, 4-(n-Butyl)styrol, 4-(n-Decyl)styrol und besonders bevorzugt Styrol.Preferred vinyl aromatic compounds are styrene, 2-methylstyrene, 4-methylstyrene, 2- (n-butyl) styrene, 4- (n-butyl) styrene, 4- (n-decyl) styrene and particularly preferably styrene.
Geeignete Ester von Vinylalkohol mit Ci-C3o-Monocarbonsäuren sind z. B. Vinylformiat, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinyllaurat, Vinylstearat, Vinylpropionat, Ver- saticsäurevinylester und Mischungen davon.Suitable esters of vinyl alcohol with Ci-C3o-monocarboxylic acids are, for. Vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl propionate, vinyl versatate and mixtures thereof.
Geeignete ethylenisch ungesättigte Nitrile sind Acrylnitril, Methacrylnitril und Mischun- gen davon. Geeignete Vinylhalogenide und Vinylidenhalogenide sind Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid und Mischungen davon.Suitable ethylenically unsaturated nitriles are acrylonitrile, methacrylonitrile and mixtures thereof. Suitable vinyl halides and vinylidene halides are vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride and mixtures thereof.
Geeignete ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren und Sulfonsäuren oder deren Deri- vate sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, α-Chloracrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Gluta- consäure, Aconitsäure, Fumarsäure, die Halbester von monoethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren mit 4 bis 10, vorzugsweise 4 bis 6 C-Atomen, z. B. Maleinsäuremonomethylester, Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethac- rylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-Hydroxy-3- acryloxypropylsulfonsäure, 2-Hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure, Styrolsulfon- säuren und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure. Geeignete Styrolsulfonsäuren und Derivate davon sind Styrol-4-sulfonsäure und Styrol-3-sulfonsäure und die Erdal- kali-oder Alkalimetallsalze davon, z.B. Natrium-styrol-3-sulfonat und Natrium-styrol- 4-sulfonat. Besonders bevorzugt sind Acrylsäure, Methacrylsäure und Mischungen davon.Suitable ethylenically unsaturated carboxylic acids and sulfonic acids or their derivatives are acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, α-chloroacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, citraconic acid, mesaconic acid, glutaconic acid, aconitic acid, fumaric acid, the half esters of monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids with 4 to 10, preferably 4 to 6 C atoms, for. For example, maleic acid monomethyl ester, vinylsulfonic acid, allylsulfonic acid, sulfoethyl acrylate, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl acrylate, sulfopropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-acryloxypropylsulfonic acid, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonic acid, styrenesulfonic acids and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid. Suitable styrenesulfonic acids and derivatives thereof are styrene-4-sulfonic acid and styrene-3-sulfonic acid and the alkaline earth or alkali metal salts thereof, e.g. Sodium styrene-3-sulfonate and sodium styrene-4-sulfonate. Particularly preferred are acrylic acid, methacrylic acid and mixtures thereof.
Beispiele für phosphorhaltige Monomere sind z.B. Vinylphosphonsäure und AIIyI- phosphonsäure. Geeignet sind weiter die Mono- und Diester der Phosphonsäure und Phosphorsäure mit Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, speziell die Monoester. Geeignet sind weiter Diester der Phosphonsäure und Phosphorsäure die einfach mit einem Hydroxy- alkyl(meth)acrylat und zusätzlich einfach mit einem davon verschiedenen Alkohol, z. B. einem Alkanol, verestert sind. Geeignete Hydroxyalkyl(meth)acrylate für diese Ester sind die im Folgenden als separate Monomere genannten, insbesondere 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat,Examples of phosphorus-containing monomers are e.g. Vinylphosphonic acid and allylphosphonic acid. Also suitable are the mono- and diesters of phosphonic acid and phosphoric acid with hydroxyalkyl (meth) acrylates, especially the monoesters. Also suitable are diesters of phosphonic acid and phosphoric acid which are readily alkylated with a hydroxyalkyl (meth) and additionally simply with a different alcohol, eg. As an alkanol, are esterified. Suitable hydroxyalkyl (meth) acrylates for these esters are those mentioned below as separate monomers, in particular 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate,
4-Hydroxybutyl(meth)acrylat, etc. Entsprechende Dihydrogenphosphatestermonomere umfassen Phosphoalkyl(meth)acrylate, wie 2-Phosphoethyl(meth)acrylat, 2-Phosphopropyl(meth)acrylat, 3-Phosphopropyl(meth)acrylat, Phosphobutyl(meth)- acrylat und 3-Phospho-2-hydroxypropyl(meth)acrylat. Geeignet sind auch die Ester der Phosphonsäure und Phosphorsäure mit alkoxilierten Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, z. B. die Ethylenoxidkondensate von (Meth)acrylaten, wie H2C=C(H1CH3)COO(CH2CH2O)nP(OH)2 und4-hydroxybutyl (meth) acrylate, etc. Corresponding dihydrogen phosphate ester monomers include phosphoalkyl (meth) acrylates such as 2-phosphoethyl (meth) acrylate, 2-phosphopropyl (meth) acrylate, 3-phosphopropyl (meth) acrylate, phosphobutyl (meth) acrylate and 3-phospho-2-hydroxypropyl (meth) acrylate. Also suitable are the esters of phosphonic acid and phosphoric acid with alkoxylated hydroxyalkyl (meth) acrylates, eg. As the ethylene oxide condensates of (meth) acrylates, such as H 2 C = C (H 1 CH 3 ) COO (CH 2 CH 2 O) n P (OH) 2 and
H2C=C(H,CH3)COO(CH2CH2O)nP(=O)(OH)2, worin n für 1 bis 50 steht. Weiter geeignet sind Phosphoalkylcrotonate, Phosphoalkylmaleate, Phosphoalkylfumarate, Phosphodi- alkyl(meth)acrylate, Phosphodialkylcrotonate und Allylphosphate. Weitere geeignete Phosphorgruppen-haltige Monomere sind in WO 99/25780 und US 4,733,005 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird.H 2 C = C (H, CH 3 ) COO (CH 2 CH 2 O) n P (= O) (OH) 2 where n is 1 to 50. Also suitable are phosphoalkyl crotonates, phosphoalkyl maleates, phosphoalkyl fumarates, phosphodialkyl (meth) acrylates, phosphodialkyl crotonates and allyl phosphates. Other suitable phosphorus group-containing monomers are described in WO 99/25780 and US 4,733,005, which is incorporated herein by reference.
Geeignete Ester α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C3o-Alkandiolen sind z. B. 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxybutylacrylat, 3-Hydroxybutylmethacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat, 4-Hydroxybutylmethacrylat, 6-Hydroxyhexylacrylat, 6-Hydroxyhexylmethacrylat, 3-Hydroxy-2-ethylhexylacrylat, 3-Hydroxy-2-ethylhexylmethacrylat etc.Suitable esters of α, ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 2 -C 3o-alkanediols are, for. 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxybutyl acrylate, 3-hydroxybutyl methacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 4-hydroxybutyl methacrylate, 6-hydroxyhexyl acrylate, 6-hydroxyhexyl methacrylate, 3-hydroxy-2-ethylhexyl acrylate, 3-hydroxy-2-ethylhexyl methacrylate, etc.
Geeignete primäre Amide α,ß-ethylenisch ungesättigter Monocarbonsäuren und deren N-Alkyl- und N,N-Dialkylderivate sind Acrylsäureamid, Methacrylsäureamid, N-Methyl(meth)acrylamid, N-Ethyl(meth)acrylamid, N-Propyl(meth)acrylamid, N-(n-Butyl)(meth)acrylamid, N-(tert.-Butyl)(meth)acrylamid, N-(n-Octyl)(meth)acrylamid, N-(1 ,1 ,3,3-Tetramethylbutyl)(meth)acrylamid, N-Ethylhexyl(meth)acrylamid, N-(n-Nonyl)(meth)acrylamid, N-(n-Decyl)(meth)acrylamid,Suitable primary amides of α, ß-ethylenically unsaturated monocarboxylic acids and their N-alkyl and N, N-dialkyl derivatives are acrylic acid amide, methacrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, N-propyl (meth) acrylamide , N- (n-butyl) (meth) acrylamide, N- (tert-butyl) (meth) acrylamide, N- (n-octyl) (meth) acrylamide, N- (1,1,3,3-tetramethylbutyl ) (meth) acrylamide, N-ethylhexyl (meth) acrylamide, N- (n-nonyl) (meth) acrylamide, N- (n-decyl) (meth) acrylamide,
N-(n-Undecyl)(meth)acrylamid, N-Tridecyl(meth)acrylamid, N-Myristyl(meth)acrylamid, N-Pentadecyl(meth)acrylamid, N-Palmityl(meth)acrylamid, N-Heptadecyl(meth)acrylamid, N-Nonadecyl(meth)acrylamid, N-Arachinyl(meth)acrylamid, N-Behenyl(meth)acrylamid, N-Lignoceryl(meth)acrylamid, N-Cerotinyl(meth)acrylamid, N-Melissinyl(meth)acrylamid,N- (n-undecyl) (meth) acrylamide, N-tridecyl (meth) acrylamide, N-myristyl (meth) acrylamide, N-pentadecyl (meth) acrylamide, N-palmityl (meth) acrylamide, N-heptadecyl (meth) acrylamide, N-nonadecyl (meth) acrylamide, N-arachinyl (meth) acrylamide, N-behenyl (meth) acrylamide, N-lignoceryl (meth) acrylamide, N-cerotinyl (meth) acrylamide, N-melissinyl (meth) acrylamide,
N-Palmitoleinyl(meth)acrylamid, N-Oleyl(meth)acrylamid, N-Linolyl(meth)acrylamid, N-Linolenyl(meth)acrylamid, N-Stearyl(meth)acrylamid, N-Lauryl(meth)acrylamid, N,N-Dimethyl(meth)acrylamid, N,N-Diethyl(meth)acrylamid, Morpholinyl(meth)acrylamid.N-palmitoleinyl (meth) acrylamide, N-oleyl (meth) acrylamide, N-linolyl (meth) acrylamide, N-linolenyl (meth) acrylamide, N-stearyl (meth) acrylamide, N-lauryl (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, morpholinyl (meth) acrylamide.
Geeignete N-Vinyllactame und deren Derivate sind z. B. N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylpiperidon, N-Vinylcaprolactam, N-Vinyl-5-methyl-2-pyrrolidon, N-Vinyl-5-ethyl- 2-pyrrolidon, N-Vinyl-6-methyl-2-piperidon, N-Vinyl-6-ethyl-2-piperidon, N-Vinyl- 7-methyl-2-caprolactam, N-Vinyl-7-ethyl-2-caprolactam etc.Suitable N-vinyl lactams and derivatives thereof are, for. N-vinylpyrrolidone, N-vinylpiperidone, N-vinylcaprolactam, N-vinyl-5-methyl-2-pyrrolidone, N-vinyl-5-ethyl-2-pyrrolidone, N-vinyl-6-methyl-2-piperidone, N-vinyl-6-ethyl-2-piperidone, N-vinyl-7-methyl-2-caprolactam, N-vinyl-7-ethyl-2-caprolactam, etc.
Geeignete offenkettige N-Vinylamidverbindungen sind beispielsweise N-Vinylformamid, N-Vinyl-N-methylformamid, N-Vinylacetamid, N-Vinyl-N-methylacetamid, N-Vinyl- N-ethylacetamid, N-Vinylpropionamid, N-Vinyl-N-methylpropionamid und N-Vinylbutyramid.Suitable open-chain N-vinyl amide compounds are, for example, N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide, N-vinyl-N-ethylacetamide, N-vinylpropionamide, N-vinyl-N-methylpropionamide and N-vinylbutyramide.
Geeignete Ester von α,ß-ethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren mit Aminoalkoholen sind N,N-Dimethylaminomethyl(meth)acrylat, N,N-Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, N,N-Diethylaminoethylacrylat, N,N-Dimethylaminopropyl(meth)acrylat, N,N-Diethylaminopropyl(meth)acrylat und N,N-Dimethylaminocyclohexyl(meth)acrylat.Suitable esters of α, β-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with amino alcohols are N, N-dimethylaminomethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminopropyl (meth) acrylate and N, N-dimethylaminocyclohexyl (meth) acrylate.
Geeignete Amide α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit Diaminen, welche mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweisen sind N-[2-(Dimethylamino)ethyl]acrylamid, N-[2-(Dimethylamino)ethyl]methacrylamid, N-[3-(Dimethylamino)propyl]acrylamid, N-[3-(Dimethylamino)propyl]methacrylamid, N-[4-(Dimethylamino)butyl]acrylamid, N-[4-(Dimethylamino)-butyl]methacrylamid, N-[2-(Diethylamino)ethyl]acrylamid, N-[4-(Dimethylamino)cyclohexyl]acrylamid, N-[4-(Dimethylamino)cyclohexyl]methacrylamid etc.Suitable amides of α, β-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with diamines which have at least one primary or secondary amino group are N- [2- (dimethylamino) ethyl] acrylamide, N- [2- (dimethylamino) ethyl] methacrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] acrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] methacrylamide, N- [4- (dimethylamino) butyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) butyl] methacrylamide, N- [2- (diethylamino) ethyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) cyclohexyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) cyclohexyl] methacrylamide, etc.
Geeignete Monomere M) sind weiterhin N,N-Diallylamine und N,N-Diallyl-N-alkylamine und deren Säureadditionssalze und Quaternisierungsprodukte. Alkyl steht dabei vorzugsweise für Ci-C24-Alkyl. Bevorzugt sind N,N-Diallyl-N-methylamin und N,N-Diallyl- N,N-dimethylammonium-Verbindungen, wie z. B. die Chloride und Bromide.Suitable monomers M) are furthermore N, N-diallylamines and N, N-diallyl-N-alkylamines and their acid addition salts and quaternization products. Alkyl is preferably Ci-C24-alkyl. Preference is given to N, N-diallyl-N-methylamine and N, N-diallyl-N, N-dimethylammonium compounds, such as. As the chlorides and bromides.
Geeignete Monomere M) sind weiterhin vinyl- und allylsubstituierte Stickstoffhetero- cyclen, wie N-Vinylimidazol, N-Vinyl-2-methylimidazol, vinyl- und allylsubstituierte heteroaromatische Verbindungen, wie 2- und 4-Vinylpyridin, 2- und 4-Allylpyridin, und die Salze davon.Suitable monomers M) are also vinyl- and allyl-substituted nitrogen heterocycles, such as N-vinylimidazole, N-vinyl-2-methylimidazole, vinyl- and allyl-substituted heteroaromatic compounds, such as 2- and 4-vinylpyridine, 2- and 4-allylpyridine, and the salts thereof.
Geeignete C2-C8-Monoolefine und nicht aromatische Kohlenwasserstoffe mit mindes- tens zwei konjugierten Doppelbindungen sind z. B. Ethylen, Propylen, Isobutylen, Isopren, Butadien, etc.Suitable C 2 -C 8 -monoolefins and non-aromatic hydrocarbons having at least two conjugated double bonds are, for example, For example, ethylene, propylene, isobutylene, isoprene, butadiene, etc.
Geeignete Polyether(meth)acrylate sind Verbindungen der allgemeinen Formel (A)Suitable polyether (meth) acrylates are compounds of the general formula (A)
Rb OR b O
H2C=C — C Y (CH2CH2O)k(CH2CH(CH3)O), RaH 2 C = C - CY (CH 2 CH 2 O) k (CH 2 CH (CH 3 ) O), Ra
(A)(A)
worinwherein
die Reihenfolge der Alkylenoxideinheiten beliebig ist,the order of the alkylene oxide units is arbitrary,
k und I unabhängig voneinander für eine ganze Zahl von 0 bis 100 stehen, wobei die Summe aus k und I mindestens 3 beträgt,k and I independently of one another represent an integer from 0 to 100, the sum of k and I being at least 3,
Ra für Wasserstoff, d-Cso-Alkyl, C5-C8-Cycloalkyl, Ce-C-u-Aryl oder (C6-Ci4-)Aryl-(Ci- C4)-alkyl steht,R a is hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, C 5 -C 8 -cycloalkyl, Ce-Cu-aryl or (C 6 -C 4 ) -aryl (C 1 -C 4 ) -alkyl,
Rb für Wasserstoff oder Ci-C8-Alkyl steht,R b is hydrogen or C 1 -C 8 -alkyl,
Y für O oder NRC steht, wobei Rc für Wasserstoff, d-Cso-Alkyl oder C5-C8-Cycloalkyl steht. Bevorzugt steht k für eine ganze Zahl von 1 bis 100, besonders bevorzugt 3 bis 50, insbesondere 4 bis 25. Bevorzugt steht I für eine ganze Zahl von 0 bis 100, besonders vevorzugt 3 bis 50, insbesondere 4 bis 25.Y is O or NR C , wherein R c is hydrogen, C 1 -C 8 -alkyl or C 5 -C 8 -cycloalkyl. Preferably k is an integer from 1 to 100, particularly preferably 3 to 50, in particular 4 to 25. Preferably I is an integer from 0 to 100, more preferably 3 to 50, in particular 4 to 25.
Die Summe aus k und I beträgt vorzugsweise 3 bis 200, insbesondere 4 bis 100.The sum of k and I is preferably 3 to 200, especially 4 to 100.
Vorzugsweise steht Ra in der Formel (A) für Wasserstoff oder Ci-Cis-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Octyl, 2-Ethylhexyl, Decyl, Lauryl, Palmityl oder Stearyl sowie Benzyl.Preferably, R a in the formula (A) is hydrogen or C 1 -C 6 -alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, n-pentyl, n-hexyl, octyl, 2 Ethylhexyl, decyl, lauryl, palmityl or stearyl and benzyl.
Bevorzugt steht Rb für Wasserstoff oder d-Cε-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl oder n-Hexyl, insbesondere für Wasserstoff, Methyl oder Ethyl. Besonders bevorzugt steht Rb für Wasserstoff oder Methyl.R b is preferably hydrogen or C 1 -C 6 -alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl or n-hexyl, in particular for hydrogen, Methyl or ethyl. R b is particularly preferably hydrogen or methyl.
Vorzugsweise steht Y in der Formel (A) für O oder NH, speziell für O.Preferably, Y in the formula (A) is O or NH, especially O.
In einer speziellen Ausführung wird bei der radikalischen Emulsionspolymerisation zur Herstellung von PD) wenigstens ein Polyether(meth)acrylat eingesetzt. Dieser wird vorzugsweise in einer Menge bis zu 25 Gew.-%, bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), eingesetzt. Besonders bevorzugt wird zur Emulsionspolymerisation 0,1 bis zu 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 15 Gew.-% wenigstens eines Polyether(meth)acrylats eingesetzt. Geeignete Polyether(meth)acrylate sind z. B. die Polykondensationsprodukte der zuvor genannten α,ß-ethylenisch ungesättigten Mono- und/oder Dicarbonsäuren und deren Säurechloriden, -amiden und -anhydriden mit Polyetherolen. Geeignete Polyetherole können leicht durch Umsetzung von Ethylenoxid, 1 ,2-Propylenoxid und/oder Epichlorhydrin mit einem Startermolekül, wie Wasser oder einem kurzkettigen Alkohol Ra-OH hergestellt werden. Die Alkyleno- xide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischung eingesetzt werden. Die Polyetheracrylate können allein oder in Mischungen zur Herstellung der erfin- dungsgemäß eingesetzten Emulsionspolymerisate verwendet werden.In a specific embodiment, at least one polyether (meth) acrylate is used in the free-radical emulsion polymerization for the preparation of PD). This is preferably used in an amount of up to 25 wt .-%, preferably up to 20 wt .-%, based on the total weight of the monomers M). It is particularly preferable to use 0.1 to 20% by weight, preferably 1 to 15% by weight, of at least one polyether (meth) acrylate for the emulsion polymerization. Suitable polyether (meth) acrylates are, for. As the polycondensation of the aforementioned α, ß-ethylenically unsaturated mono- and / or dicarboxylic acids and their acid chlorides, amides and anhydrides with polyetherols. Suitable polyetherols can be readily prepared by reacting ethylene oxide, 1,2-propylene oxide and / or epichlorohydrin with a starter molecule such as water or a short-chain alcohol R a -OH. The alkylene oxides can be used individually, alternately successively or as a mixture. The polyether acrylates can be used alone or in mixtures for the preparation of the emulsion polymers used according to the invention.
Die Polymerdispersion PD) enthält vorzugsweise wenigstens ein Polyether(meth)acrylat einpolymerisiert, das ausgewählt ist unter Verbindungen der allgemeinen Formeln I oder Il oder Mischungen davon Rb OThe polymer dispersion PD) preferably contains at least one polyether (meth) acrylate in copolymerized form, which is selected from compounds of the general formulas I or II or mixtures thereof R b O
H2C=C-C O (CH2CH2O)n- RaH 2 C = CC O (CH 2 CH 2 O) n - Ra
(I)(I)
Rb OR b O
H2C=C — C O (CH2CH(CH3)O)n — Ra H 2 C = C - CO (CH 2 CH (CH 3 ) O) n - R a
(H) worin(H) wherein
n für eine ganze Zahl von 3 bis 15, vorzugsweise 4 bis 12 steht,n is an integer from 3 to 15, preferably 4 to 12,
Ra für Wasserstoff, Ci-C2o-Alkyl, C5-C8-Cycloalkyl oder Ce-C-u-Aryl steht,R a is hydrogen, C 1 -C 20 -alkyl, C 5 -C 8 -cycloalkyl or Ce-Cu-aryl,
Rb für Wasserstoff oder Methyl steht.R b is hydrogen or methyl.
Geeignete Polyether(meth)acrylate sind kommerziell erhältlich, z. B. in Form verschiedener Produkte der Bezeichnung Bisomer ® von Laporte Performance Chemicals, UK. Dazu zählt z. B. Bisomer ® MPEG 350 MA, ein Methoxypolyethylenglykolmonometh- acrylat.Suitable polyether (meth) acrylates are commercially available, for. In the form of various Bisomer® products from Laporte Performance Chemicals, UK. This includes z. Bisomer® MPEG 350 MA, a methoxypolyethylene glycol monomethacrylate.
In einer weiteren speziellen Ausführung wird bei der radikalischen Emulsionspolymerisation zur Herstellung von PD) wenigstens ein Harnstoffgruppen aufweisendes Monomer eingesetzt. Dieses wird vorzugsweise in einer Menge bis zu 25 Gew.-%, bevorzugt bis zu 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), eingesetzt. Besonders bevorzugt wird zur Emulsionspolymerisation 0,1 bis zu 20 Gew.-%, insbeson- dere 1 bis 15 Gew.-% wenigstens eines Harnstoffgruppen aufweisenden Monomers eingesetzt. Geeignete Harnstoffgruppen aufweisende Monomere sind z. B. N-Vinyl- oder N-Allylharnstoff oder Derivate des lmidazolidin-2-ons. Dazu zählen N-Vinyl- und N-Allylimidazolidin-2-on, N-Vinyloxyethylimidazolidin-2-on, N-(2-(Meth)acrylamidoethyl)imidazolidin-2-on, N-(2-(Meth)acryloxyethyl)imidazolidin- 2-on (= 2-Ureido(meth)acrylat), N-[2-((Meth)acryloxyacetamido)ethyl]imidazolidin-2-on etc.In a further specific embodiment, at least one urea group-containing monomer is used in the free-radical emulsion polymerization for the preparation of PD). This is preferably used in an amount of up to 25% by weight, preferably up to 20% by weight, based on the total weight of the monomers M). With particular preference, 0.1 to 20% by weight, in particular 1 to 15% by weight, of at least one urea group-containing monomer is used for the emulsion polymerization. Suitable urea group-containing monomers are, for. N-vinyl or N-allyl urea or derivatives of imidazolidin-2-one. These include N-vinyl and N-allylimidazolidin-2-one, N-vinyloxyethylimidazolidin-2-one, N- (2- (meth) acrylamidoethyl) imidazolidin-2-one, N- (2- (meth) acryloxyethyl) imidazolidine 2-one (= 2-ureido (meth) acrylate), N- [2 - ((meth) acryloxyacetamido) ethyl] imidazolidin-2-one, etc.
Bevorzugte Harnstoffgruppen aufweisende Monomere sindPreferred urea group-containing monomers are
N-(2-Acryloxyethyl)imidazolidin-2-on und N-(2-Methacryloxyethyl)imidazolidin-2-on. Besonders bevorzugt ist N-(2-Methacryloxyethyl)imidazolidin-2-on (2-Ureidomethacrylat, UMA). Die zuvor genannten Monomere M) können einzeln, in Form von Mischungen innerhalb einer Monomerklasse oder in Form von Mischungen aus verschiedenen Monomerklas- sen eingesetzt werden.N- (2-Acryloxyethyl) imidazolidin-2-one and N- (2-methacryloxyethyl) imidazolidin-2-one. Particularly preferred is N- (2-methacryloxyethyl) imidazolidin-2-one (2-ureidomethacrylate, UMA). The abovementioned monomers M) can be used individually, in the form of mixtures within a monomer class or in the form of mixtures of different monomer classes.
Vorzugsweise werden zur Emulsionspolymerisation mindestens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, insbesondere mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), wenigstens eines Monomers M1 ) eingesetzt, das ausgewählt ist unter Estern α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäu- ren mit Ci-C2o-Alkanolen, Vinylaromaten, Estern von Vinylalkohol mit Ci-C3o-Monocarbonsäuren, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinyl- idenhalogeniden und Mischungen davon (Hauptmonomere). Vorzugsweise werden die Monomere M1 ) in einer Menge von bis zu 99,9 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 99,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), zur Emulsionspolymerisation eingesetzt.At least 40% by weight, more preferably at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight, based on the total weight of the monomers M), of at least one monomer M1) which is selected from esters α are preferably used for the emulsion polymerization , .beta.-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 1 -C 20 -alkanols, vinylaromatics, esters of vinyl alcohol with C 1 -C 30 -monocarboxylic acids, ethylenically unsaturated nitriles, vinyl halides, vinylidene halides and mixtures thereof (main monomers). Preferably, the monomers M1) in an amount of up to 99.9 wt .-%, particularly preferably up to 99.5 wt .-%, in particular up to 99 wt .-%, based on the total weight of the monomers M), used for emulsion polymerization.
Die Hauptmonomere M1 ) sind vorzugsweise ausgewählt unter Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Propyl(meth)acrylat, lsopropyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, sec.-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, n-Pentyl(meth)acrylat, n-Hexyl(meth)acrylat, n-Heptyl(meth)acrylat, n-Octyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Styrol, 2-Methylstyrol, Vinylacetat, Acrylnitril, Methacrylnitril und Mischungen davon.The main monomers M1) are preferably selected from methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, sec-butyl (meth) acrylate tert-butyl (meth) acrylate, n-pentyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, n-heptyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, Styrene, 2-methylstyrene, vinyl acetate, acrylonitrile, methacrylonitrile and mixtures thereof.
Zusätzlich zu wenigstens einem Hauptmonomer M1) kann bei der radikalischen Emulsionspolymerisation zur Herstellung von PD) wenigstens ein weiteres Monomer M2) eingesetzt werden, das allgemein in untergeordnetem Maße vorliegt (Nebenmonome- re). Vorzugsweise werden zur Emulsionspolymerisation bis zu 60 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 40 Gew.-%, insbesondere bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), wenigstens eines Monomers M2) eingesetzt, das ausgewählt ist unter ethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren und den An- hydriden und Halbestern ethylenisch ungesättigter Dicarbonsäuren, ethylenisch ungesättigten Sulfonsäuren, (Meth)acrylamiden, Ci-Cio-Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, d- Cio-Hydroxyalkyl(meth)acrylamiden und Mischungen davon. Vorzugsweise werden die Monomere M2), soweit vorhanden, in einer Menge von mindestens 0,01 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,05 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-%, speziell mindestens 0,5 Gew.-%, spezieller mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), zur Emulsionspolymerisation eingesetzt.In addition to at least one main monomer M1), in radical emulsion polymerization for the preparation of PD) at least one further monomer M2), which is generally present to a lesser extent (secondary monomer), can be used. Preferably, up to 60% by weight, particularly preferably up to 40% by weight, in particular up to 20% by weight, based on the total weight of the monomers M), of at least one monomer M2) which is selected are used for the emulsion polymerization among ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids and the anhydrides and semiesters of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids, ethylenically unsaturated sulfonic acids, (meth) acrylamides, C 1 -C 10 -hydroxyalkyl (meth) acrylates, C 1 -C 10 -hydroxyalkyl (meth) acrylamides and mixtures thereof. Preferably, the monomers M2), if present, in an amount of at least 0.01 wt .-%, more preferably at least 0.05 wt .-%, in particular at least 0.1 wt .-%, especially at least 0.5 wt .-%, more particularly at least 1 wt .-%, based on the total weight of the monomers M), used for emulsion polymerization.
Besonders bevorzugt werden zur Emulsionspolymerisation 0,1 bis zu 60 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 40 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 20 Gew.-% wenigstens eines Mono- mers M2) eingesetzt. Die Monomere M2) umfassen in einer ersten Ausführung wenigstens ein Säuregruppen tragendes Monomer, das vorzugsweise ausgewählt ist unter monoethylenisch ungesättigten Cs-Cs-Monocarbonsäuren, monoethylenisch ungesät- tigten C4-C8-Dicarbonsäuren, deren Anhydriden und Halbestern, monoethylenisch ungesättigten Sulfonsäuren und Mischungen davon. Der Anteil an Säuregruppen tragenden Monomeren M2) (falls vorhanden) beträgt vorzugsweise 0,05 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M). Die Monomere M2) umfassen in einer zweiten Ausführung wenigstens ein neutrales monoethylenisch ungesättigtes Monomer, das vorzugsweise ausgewählt ist unter Amiden monoethylenisch ungesättigter Cs-Cs-Monocarbonsäuren, Hydroxy-C2-C4- alkylestern monoethylenisch ungesättigter Cs-Cs-Monocarbonsäuren und Mischungen davon. Der Anteil an neutralen Monomeren M2) (falls vorhanden) beträgt vorzugsweise 0,01 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M). In einer dritten Ausführung umfassen die Monomere M2) eine Mischung aus wenigstens einem Säuregruppen tragenden Monomer und wenigstens einem neutralen monoethylenisch ungesättigten Monomer. Die Summe dieser Monomere M2) beträgt vorzugsweise 0,1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M). Die Monomere M2) sind speziell ausgewählt ist unter Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Maleinsäureanhydrid, Acrylsäureamid, Methacrylsäureamid, 2- Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylacrylamid, 2- Hydroxyethylmethacrylamid, und Mischungen davon.For the emulsion polymerization it is particularly preferred to use 0.1 to 60% by weight, preferably 0.5 to 40% by weight, in particular 0.1 to 20% by weight, of at least one monomer M2). In a first embodiment, the monomers M2) comprise at least one monomer bearing acid groups, which is preferably selected from monoethylenically unsaturated Cs-Cs-monocarboxylic acids, monoethylenically unsaturated. C4-C8 dicarboxylic acids, their anhydrides and half-esters, monoethylenically unsaturated sulfonic acids and mixtures thereof. The proportion of acid group-carrying monomers M2) (if present) is preferably from 0.05 to 15% by weight, particularly preferably from 0.1 to 10% by weight, based on the total weight of the monomers M). The monomers M2) comprise in a second embodiment at least one neutral monoethylenically unsaturated monomer, which is preferably selected from amides of monoethylenically unsaturated Cs-Cs monocarboxylic acids, hydroxy-C 2 -C 4 -alkyl esters of monoethylenically unsaturated Cs-Cs monocarboxylic acids and mixtures thereof. The proportion of neutral monomers M2) (if present) is preferably 0.01 to 15 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 10 wt .-%, based on the total weight of the monomers M). In a third embodiment, the monomers M2) comprise a mixture of at least one acid group-carrying monomer and at least one neutral monoethylenically unsaturated monomer. The sum of these monomers M2) is preferably 0.1 to 20 wt .-%, particularly preferably 0.5 to 15 wt .-%, based on the total weight of the monomers M). The monomers M2) are specifically selected from acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, maleic anhydride, acrylic acid amide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethylacrylamide, 2-hydroxyethylmethacrylamide, and mixtures thereof.
Besonders geeignete Monomerkombinationen an Hauptmonomeren M1 ) für das erfindungsgemäße Verfahren sind beispielsweise:Particularly suitable monomer combinations of main monomers M1) for the process according to the invention are, for example:
n-Butylacrylat, Methylmethacrylat; n-Butylacrylat, Styrol; n-Butylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol; n-Butylacrylat, Ethylhexylacrylat, Methylmethacrylat; n-Butylacrylat, Ethylhexylacrylat, Styrol;n-butyl acrylate, methyl methacrylate; n-butyl acrylate, styrene; n-butyl acrylate, methyl methacrylate, styrene; n-butyl acrylate, ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate; n-butyl acrylate, ethylhexyl acrylate, styrene;
Ethylhexylacrylat, Styrol; Ethylhexylacrylat, Methylmethacrylat;Ethylhexyl acrylate, styrene; Ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate;
Ethylhexylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol.Ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, styrene.
Die zuvor genannten besonders geeigneten Kombinationen an Hauptmonomeren M1 ) können mit besonders geeigneten Monomeren M2) kombiniert werden, die vorzugs- weise ausgewählt sind unter Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid, Methacrylamid und Mischungen davon.The abovementioned particularly suitable combinations of main monomers M1) can be combined with particularly suitable monomers M2), which are preferably selected from acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide and mixtures thereof.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerdispersionen kann zusätzlich zu den zuvor genannten Monomeren M) wenigstens ein Vernetzer eingesetzt werden. Monomere, die eine vernetzende Funktion besitzen, sind Verbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten, nichtkonjugierten Doppelbindungen im Molekül. Eine Vernetzung kann auch z. B. durch photochemische Aktivierung erfol- gen. Dazu kann zur Herstellung von PD) zusätzlich wenigstens ein Monomeren mit photoaktivierbaren Gruppen eingesetzt werden. Fotoinitiatoren können auch separat zugesetzt werden. Eine Vernetzung kann auch z. B. durch funktionelle Gruppen erfolgen, welche mit dazu komplementären funktionellen Gruppen eine chemische Vernet- zungsreaktion eingehen können. Dabei können die komplementären Gruppen beide an das Emulsionspolymerisat gebunden sein zur Vernetzung kann ein Vernetzer eingesetzt werden, der befähigt ist, mit funktionellen Gruppen des Emulsionspolymerisats eine chemische Vernetzungsreaktion eingehen zu können.In the preparation of the polymer dispersions of the invention, in addition to the aforementioned monomers M), at least one crosslinker can be used. Monomers having a crosslinking function are compounds having at least two polymerizable, ethylenically unsaturated, non-conjugated double bonds in the molecule. A networking can also z. B. by photochemical activation suc- For this purpose, for the preparation of PD) additionally at least one monomer with photoactivatable groups can be used. Photoinitiators can also be added separately. A networking can also z. For example, by functional groups which can enter into a chemical crosslinking reaction with complementary functional groups. In this case, the complementary groups can both be bound to the emulsion polymer for crosslinking, a crosslinker can be used, which is capable of being able to enter into a chemical crosslinking reaction with functional groups of the emulsion polymer.
Geeignete Vernetzer sind z. B. Acrylester, Methacrylester, Allylether oder Vinylether von mindestens zweiwertigen Alkoholen. Die OH-Gruppen der zugrundeliegenden Alkohole können dabei ganz oder teilweise verethert oder verestert sein; die Vernetzer enthalten aber mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Gruppen.Suitable crosslinkers are z. As acrylic esters, methacrylic esters, allyl ethers or vinyl ethers of at least dihydric alcohols. The OH groups of the underlying alcohols may be completely or partially etherified or esterified; however, the crosslinkers contain at least two ethylenically unsaturated groups.
Beispiele für die zugrundeliegenden Alkohole sind zweiwertige Alkohole wie 1 ,2-Ethandiol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,2-Butandiol, 1 ,3-Butandiol, 2,3-Butandiol, 1 ,4-Butandiol, But-2-en-1 ,4-diol, 1 ,2-Pentandiol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,2-Hexandiol, 1 ,6-Hexandiol, 1 ,10-Decandiol, 1 ,2-Dodecandiol, 1 ,12-Dodecandiol, Neopentylglykol, 3-Methylpentan-1 ,5-diol, 2,5-Dimethyl-1 ,3-hexandiol, 2,2,4-Trimethyl-1 ,3-pentandiol, 1 ,2-Cyclohexandiol, 1 ,4-Cyclohexandiol,Examples of the underlying alcohols are dihydric alcohols such as 1, 2-ethanediol, 1, 2-propanediol, 1, 3-propanediol, 1, 2-butanediol, 1, 3-butanediol, 2,3-butanediol, 1, 4-butanediol , But-2-ene-1, 4-diol, 1, 2-pentanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 2-hexanediol, 1, 6-hexanediol, 1, 10-decanediol, 1, 2-dodecanediol, 1 , 12-dodecanediol, neopentyl glycol, 3-methylpentane-1, 5-diol, 2,5-dimethyl-1,3-hexanediol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 1,2-cyclohexanediol, 1 , 4-cyclohexanediol,
1 ,4-Bis(hydroxymethyl)cyclohexan, Hydroxypivalinsäure-neopentylglykolmonoester, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis[4-(2-hydroxypropyl)phenyl]propan, Diethy- lenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Tetrapropylenglykol, 3-Thiapentan-1 ,5-diol, sowie Polyethylenglykole, Polypropylengly- kole und Polytetrahydrofurane mit Molekulargewichten von jeweils 200 bis 10 000. Außer den Homopolymerisaten des Ethylenoxids bzw. Propylenoxids können auch Block- copolymerisate aus Ethylenoxid oder Propylenoxid oder Copolymerisate, die Ethylen- oxid- und Propylenoxid-Gruppen eingebaut enthalten, eingesetzt werden. Beispiele für zugrundeliegende Alkohole mit mehr als zwei OH-Gruppen sind Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, 1 ,2,5-Pentantriol, 1 ,2,6-Hexantriol, Cyanursäure, Sorbitan, Zucker wie Saccharose, Glucose, Mannose. Selbstverständlich können die mehrwertigen Alkohole auch nach Umsetzung mit Ethylenoxid oder Propylenoxid als die entsprechenden Ethoxylate bzw. Propoxylate eingesetzt werden. Die mehrwertigen Alkohole können auch zunächst durch Umsetzung mit Epichlorhydrin in die entsprechenden Glycidylether überführt werden.1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, hydroxypivalic acid neopentyl glycol monoester, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis [4- (2-hydroxypropyl) phenyl] propane, diethylene glycol, triethylene glycol, Tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol, 3-thiapentane-1, 5-diol, and polyethylene glycols, polypropylene glycols and polytetrahydrofurans having molecular weights of 200 to 10,000. In addition to the homopolymers of ethylene oxide or propylene oxide and block copolymers of ethylene oxide or propylene oxide or copolymers containing incorporated incorporated ethylene oxide and propylene oxide groups. Examples of underlying alcohols having more than two OH groups are trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, 1, 2,5-pentanetriol, 1, 2,6-hexanetriol, cyanuric acid, sorbitan, sugars such as sucrose, glucose, mannose. Of course, the polyhydric alcohols can also be used after reaction with ethylene oxide or propylene oxide as the corresponding ethoxylates or propoxylates. The polyhydric alcohols can also be first converted by reaction with epichlorohydrin in the corresponding glycidyl ether.
Weitere geeignete Vernetzer sind die Vinylester oder die Ester einwertiger, ungesättigter Alkohole mit ethylenisch ungesättigten Cs-Cβ-Carbonsäuren, beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure. Beispiele für solche Alkohole sind Allylalkohol, 1-Buten-3-ol, 5-Hexen-1-ol, 1-Octen-3-ol,Further suitable crosslinkers are the vinyl esters or the esters of monohydric, unsaturated alcohols with ethylenically unsaturated Cs-Cβ-carboxylic acids, for example acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid or fumaric acid. Examples of such alcohols are allyl alcohol, 1-buten-3-ol, 5-hexen-1-ol, 1-octene-3-ol,
9-Decen-1-ol, Dicyclopentenylalkohol, 10-Undecen-1-ol, Zimtalkohol, Citronellol, Crotylalkohol oder cis-9-Octadecen-1-ol. Man kann aber auch die einwertigen, unge- sättigten Alkohole mit mehrwertigen Carbonsäuren verestern, beispielsweise Malon- säure, Weinsäure, Trimellithsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure, Citronensäure oder Bernsteinsäure.9-decene-1-ol, dicyclopentenyl alcohol, 10-undecene-1-ol, cinnamyl alcohol, citronellol, crotyl alcohol or cis-9-octadecen-1-ol. But one can also use the monovalent, saturated alcohols with polybasic carboxylic acids, for example malonic acid, tartaric acid, trimellitic acid, phthalic acid, terephthalic acid, citric acid or succinic acid.
Weitere geeignete Vernetzer sind Ester ungesättigter Carbonsäuren mit den oben beschriebenen mehrwertigen Alkoholen, beispielsweise der Ölsäure, Crotonsäure, Zimtsäure oder 10-Undecensäure.Further suitable crosslinkers are esters of unsaturated carboxylic acids with the polyhydric alcohols described above, for example oleic acid, crotonic acid, cinnamic acid or 10-undecenoic acid.
Geeignet als Vernetzer sind außerdem geradkettige oder verzweigte, lineare oder cyc- lische, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, die über mindestens zwei Doppelbindungen verfügen, die bei aliphatischen Kohlenwasserstoffen nicht konjugiert sein dürfen, z. B. Divinylbenzol, Divinyltoluol, 1 ,7-Octadien, 1 ,9-Decadien, 4-Vinyl-1-cyclohexen, Trivinylcyclohexan oder Polybutadiene mit Molekulargewichten von 200 bis 20 000.Also suitable as crosslinking agents are straight-chain or branched, linear or cyclic, aliphatic or aromatic hydrocarbons which have at least two double bonds which must not be conjugated in aliphatic hydrocarbons, eg. B. divinylbenzene, divinyltoluene, 1, 7-octadiene, 1, 9-decadiene, 4-vinyl-1-cyclohexene, trivinylcyclohexane or polybutadienes having molecular weights of 200 to 20,000.
Als Vernetzer sind ferner geeignet die Acrylsäureamide, Methacrylsäureamide und N-Allylamine von mindestens zweiwertigen Aminen. Solche Amine sind z. B. 1 ,2-Diaminoethan, 1 ,3-Diaminopropan, 1 ,4-Diaminobutan, 1 ,6-Diaminohexan, 1 ,12-Dodecandiamin, Piperazin, Diethylentriamin oder Isophorondiamin. Ebenfalls ge- eignet sind die Amide aus Allylamin und ungesättigten Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, oder mindestens zweiwertigen Carbonsäuren, wie sie oben beschrieben wurden.Other suitable crosslinking agents are the acrylic acid amides, methacrylic acid amides and N-allylamines of at least divalent amines. Such amines are for. B. 1, 2-diaminoethane, 1, 3-diaminopropane, 1, 4-diaminobutane, 1, 6-diaminohexane, 1, 12-dodecanediamine, piperazine, diethylenetriamine or isophoronediamine. Also suitable are the amides of allylamine and unsaturated carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, or at least dibasic carboxylic acids, as described above.
Ferner sind Triallylamin und Triallylmonoalkylammoniumsalze, z. B. Triallylmethylam- moniumchlorid oder -methylsulfat, als Vernetzer geeignet.Further, triallylamine and Triallylmonoalkylammoniumsalze, z. As triallylmethylammonium chloride or methyl sulfate, suitable as a crosslinker.
Geeignet sind auch N-Vinyl-Verbindungen von Harnstoffderivaten, mindestens zweiwertigen Amiden, Cyanuraten oder Urethanen, beispielsweise von Harnstoff, Ethylen- harnstoff, Propylenharnstoff oder Weinsäurediamid, z. B. N,N'-Divinylethylenharnstoff oder N,N'-Divinylpropylenharnstoff.Also suitable are N-vinyl compounds of urea derivatives, at least divalent amides, cyanurates or urethanes, for example of urea, ethylene urea, propylene urea or tartaramide, for. N, N'-divinylethyleneurea or N, N'-divinylpropyleneurea.
Weitere geeignete Vernetzer sind Divinyldioxan, Tetraallylsilan oder Tetravinylsilan.Further suitable crosslinkers are divinyldioxane, tetraallylsilane or tetravinylsilane.
Selbstverständlich können auch Mischungen der vorgenannten Verbindungen einge- setzt werden. Vorzugsweise werden wasserlösliche Vernetzer eingesetzt.Of course, it is also possible to use mixtures of the abovementioned compounds. Preferably, water-soluble crosslinkers are used.
Weiterhin zählen zu den vernetzenden Monomeren auch solche, die neben einer ethy- lenisch ungesättigten Doppelbindung eine reaktive funktionelle Gruppe, z. B. eine Aldehydgruppe, eine Ketogruppe oder eine Oxirangruppe aufweisen, die mit einem zu- gesetzten Vernetzer reagieren können. Vorzugsweise handelt es sich bei den funktionellen Gruppen um Keto- oder Aldehydgruppen. Die Keto- oder Aldehydgruppen sind vorzugsweise durch Copolymerisation von copolymerisierbaren, ethylenisch ungesät- tigten Verbindungen mit Keto- oder Aldehydgruppen an das Polymer gebunden. Geeignete derartige Verbindungen sind Acrolein, Methacrolein, Vinylalkylketone mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatome im Alkylrest, Formylstyrol, (Meth-)acryl- säurealkylester mit ein oder zwei Keto- oder Aldehyd-, bzw. einer Aldehyd- und einer Ketogruppe im Alkylrest, wobei der Alkylrest vorzugsweise insgesamt 3 bis 10 Kohlenstoffatome umfasst, z. B. (Meth)acryloxyalkylpropanale, wie sie in der DE-A-2722097 beschrieben sind. Des Weiteren eignen sich auch N-Oxoalkyl(meth)acrylamide wie sie z. B. aus der US-A-4226007, der DE-A-2061213 oder DE-A-2207209 bekannt sind. Besonders bevorzugt sind Acetoacetyl(meth)acrylat, Acetoacetoxyethyl(meth)acrylat und insbesondere Diacetonacrylamid. Bei den Vernetzern handelt es sich vorzugsweise um eine Verbindung mit mindestens 2 funktionellen Gruppen, insbesondere 2 bis 5 funktionellen Gruppen, die mit den funktionellen Gruppen des Polymerisats, speziell den Keto- oder Aldehydgruppen eine Vernetzungsreaktion eingehen können. Dazu zählen z. B. Hydrazid-, Hydroxylamin- oder Oximether- oder Aminogruppen als funktio- nelle Gruppen für die Vernetzung der Keto- oder Aldehydgruppen. Geeignete Verbindungen mit Hydrazidgruppen sind z. B. Polycarbonsäurehydrazide mit einem Molgewicht von bis zu 500 g/mol. Besonders bevorzugte Hydrazidverbindungen sind Dicar- bonsäuredihydrazide mit bevorzugt 2 bis 10 C-Atomen. Dazu zählen z. B. Oxalsäure- dihydrazid, Malonsäuredihydrazid, Bernsteinsäuredihydrazid, Glutarsäuredihydrazid, Adipinsäuredihydrazid, Sebazinsäuredihydrazid, Maleinsäuredihydrazid, Fumarsäure- dihydrazid, Itaconsäuredihydrazid und/oder Isophthalsäuredihydrazid. Von besonderem Interesse sind: Adipinsäuredihydrazid, Sebazinsäuredihydrazid und Isophthalsäuredihydrazid. Geeignete Verbindungen mit Hydroxylamin- oder Oximethergruppen sind z. B. in WO 93/25588 genannt.Furthermore, the crosslinking monomers also include those which, in addition to an ethylenically unsaturated double bond, a reactive functional group, eg. Example, an aldehyde group, a keto group or an oxirane group, which can react with an added crosslinker. Preferably, the functional groups are keto or aldehyde groups. The keto or aldehyde groups are preferably obtained by copolymerization of copolymerisable, ethylenically unsaturated bonded compounds with keto or aldehyde groups bonded to the polymer. Suitable such compounds are acrolein, methacrolein, vinyl alkyl ketones having 1 to 20, preferably 1 to 10 carbon atoms in the alkyl radical, formylstyrene, (meth) acrylic acid alkyl esters having one or two keto or aldehyde, or an aldehyde and a keto group in Alkyl radical, wherein the alkyl radical preferably comprises a total of 3 to 10 carbon atoms, for. B. (meth) acryloxyalkylpropanale, as described in DE-A-2722097. Furthermore, N-oxoalkyl (meth) acrylamides as described, for. From US-A-4226007, DE-A-2061213 or DE-A-2207209 are known. Particularly preferred are acetoacetyl (meth) acrylate, acetoacetoxyethyl (meth) acrylate and especially diacetone acrylamide. The crosslinkers are preferably a compound having at least 2 functional groups, in particular 2 to 5 functional groups, which can undergo a crosslinking reaction with the functional groups of the polymer, especially the keto or aldehyde groups. These include z. For example, hydrazide, hydroxylamine or oxime ether or amino groups as functional groups for the crosslinking of the keto or aldehyde groups. Suitable compounds with hydrazide groups are, for. B. Polycarbonsäurehydrazide having a molecular weight of up to 500 g / mol. Particularly preferred hydrazide compounds are dicarboxylic acid dihydrazides having preferably 2 to 10 C atoms. These include z. For example, oxalic dihydrazide, malonic dihydrazide, succinic dihydrazide, glutaric dihydrazide, adipic dihydrazide, sebacic dihydrazide, maleic dihydrazide, fumaric dihydrazide, itaconic dihydrazide and / or isophthalic dihydrazide. Of particular interest are adipic dihydrazide, sebacic dihydrazide and isophthalic dihydrazide. Suitable compounds with hydroxylamine or oxime ether groups are, for. As mentioned in WO 93/25588.
Auch durch eine entsprechende Additivierung der wässrigen Polymerdispersion PD) kann zusätzlich eine Oberflächenvernetzung erzeugt werden. Dazu zählt z. B. Zugabe eines Photoinitiators oder Sikkativierung. Als Photoinitiatoren kommen solche in Frage, die durch Sonnenlicht angeregt werden, beispielsweise Benzophenon oder Benzophe- nonderivate. Zur Sikkativierung eignen sich die für wässrige Alkydharze empfohlenen Metallverbindungen, beispielsweise auf Basis von Co oder Mn (Überblick in U. Poth, Polyester und Alkydharze, Vincentz Network 2005, S 183 f).Also by a corresponding addition of the aqueous polymer dispersion PD), a surface crosslinking can be additionally produced. This includes z. B. addition of a photoinitiator or siccative. Suitable photoinitiators are those which are excited by sunlight, for example benzophenone or benzophenone derivatives. Sikkativierung are the recommended for aqueous alkyd resins metal compounds, for example based on Co or Mn (review in U. Poth, polyester and alkyd resins, Vincentz Network 2005, p 183 f).
Die vernetzende Komponente wird vorzugsweise in einer Menge von 0,0005 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 2,5 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 1 ,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monomere (einschließlich des Vernetzers), eingesetzt. In einer speziellen Ausführung werden zur Emulsionspolymerisation wenigstens 98 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 99 Gew.-%, insbesondere wenigstens 99,5 Gew.-%, speziell 100 Gew.-%, monoethyle- nisch ungesättigte Verbindungen, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation befähigten Verbindungen, eingesetzt. Eine spezielle Ausführungsform sind Polymerdispersionen (PD), die keinen Vernetzer einpolymerisiert enthalten.The crosslinking component is preferably used in an amount of 0.0005 to 5 wt .-%, preferably 0.001 to 2.5 wt .-%, in particular 0.01 to 1, 5 wt .-%, based on the total weight of the polymerization used monomers (including the crosslinker) used. In a specific embodiment, at least 98% by weight, particularly preferably at least 99% by weight, in particular at least 99.5% by weight, especially 100% by weight, of monoethylenically unsaturated compounds, based on the total weight, are used for the emulsion polymerization the compounds capable of polymerization used. A special embodiment are polymer dispersions (PD) which contain no crosslinker in copolymerized form.
Die radikalische Polymerisation des Monomergemischs M) kann in Gegenwart mindes- tens eines Reglers erfolgen. Regler werden vorzugsweise in einer Einsatzmenge von 0,0005 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,001 bis 2,5 Gew.-% und insbesondere von 0,01 bis 1 ,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monomere, eingesetzt.The radical polymerization of the monomer mixture M) can be carried out in the presence of at least one regulator. Regulators are preferably used in an amount of 0.0005 to 5 wt .-%, particularly preferably from 0.001 to 2.5 wt .-% and in particular from 0.01 to 1, 5 wt .-%, based on the total weight of the Polymerization used monomers used.
Als Regler (Polymerisationsregler) werden allgemein Verbindungen mit hohen Übertragungskonstanten bezeichnet. Regler beschleunigen Kettenübertragungsreaktionen und bewirken damit eine Herabsetzung des Polymerisationsgrades der resultierenden Polymeren, ohne die Bruttoreaktions-Geschwindigkeit zu beeinflussen. Bei den Reglern kann man zwischen mono-, bi- oder polyfunktionalen Reglern unterscheiden je nach Anzahl der funktionellen Gruppen im Molekül, die zu einer oder mehreren Kettenübertragungsreaktionen führen können. Geeignete Regler werden beispielsweise ausführlich beschrieben von K. C. Berger und G. Brandrup in J. Brandrup, E. H. Immergut, Polymer Handbook, 3. Aufl., John Wiley & Sons, New York, 1989, S. 11/81 - 11/141.Regulators (polymerization regulators) are generally compounds with high transfer constants. Regulators accelerate chain transfer reactions and thus cause a reduction in the degree of polymerization of the resulting polymers without affecting the gross reaction rate. In the case of the regulators, one can distinguish between mono-, bi- or polyfunctional regulators depending on the number of functional groups in the molecule which can lead to one or more chain transfer reactions. Suitable regulators are described in detail, for example, by K.C. Berger and G. Brandrup in J. Brandrup, E.H. Immergut, Polymer Handbook, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York, 1989, pp. 11-81-11 / 141.
Als Regler eignen sich beispielsweise Aldehyde wie Formaldehyd, Acetaldehyd, Propi- onaldehyd, n-Butyraldehyd, Isobutyraldehyd.Suitable regulators are, for example, aldehydes, such as formaldehyde, acetaldehyde, propionic aldehyde, n-butyraldehyde, isobutyraldehyde.
Ferner können auch als Regler eingesetzt werden: Ameisensäure, ihre Salze oder Ester, wie Ammoniumformiat, 2,5-Diphenyl-1-hexen, Hydroxylammoniumsulfat, und Hydroxylammoniumphosphat.It is also possible to use as regulators: formic acid, its salts or esters, such as ammonium formate, 2,5-diphenyl-1-hexene, hydroxylammonium sulfate, and hydroxylammonium phosphate.
Weitere geeignete Regler sind Halogenverbindungen, z. B. Alkylhalogenide, wie Tetrachlormethan, Chloroform, Bromtrichlormethan, Bromoform, Allylbromid und Benzylver- bindungen, wie Benzylchlorid oder Benzylbromid.Other suitable regulators are halogen compounds, for. For example, alkyl halides, such as carbon tetrachloride, chloroform, bromotrichloromethane, bromoform, allyl bromide and benzyl compounds, such as benzyl chloride or benzyl bromide.
Weitere geeignete Regler sind Allylverbindungen, wie z. B. Allylalkohol, funktionalisier- te Allylether, wie Allylethoxylate, Alkylallylether, oder Glycerinmonoallylether.Other suitable regulators are allyl compounds, such as. Allyl alcohol, functionalized allyl ethers such as allyl ethoxylates, alkyl allyl ethers, or glycerol monoallyl ethers.
Bevorzugt werden als Regler Verbindungen eingesetzt, die Schwefel in gebundener Form enthalten.Preference is given to using compounds which contain sulfur in bound form as regulators.
Verbindungen dieser Art sind beispielsweise anorganische Hydrogensulfite, Disulfite und Dithionite oder organische Sulfide, Disulfide, Polysulfide, Sulfoxide und Sulfone. Dazu zählen Di-n-butylsulfid, Di-n-octylsulfid, Diphenylsulfid, Thiodiglykol, Ethylthio- ethanol, Diisopropyldisulfid, Di-n-butyldisulfid, Di-n-hexyldisulfid, Diacetyldisulfid, Diethanolsulfid, Di-t-butyltrisulfid, Dimethylsulfoxid, Dialkylsulfid, Dialkyldisulfid und/oder Diarylsulfid. Geeignet als Polymerisationsregler sind weiterhin Thiole (Verbindungen, die Schwefel in Form von SH-Gruppen erhalten, auch als Mercaptane bezeichnet). Bevorzugt sind als Regler mono-, bi- und polyfunktionale Mercaptane, Mercaptoalkohole und/oder Mercaptocarbonsäuren. Beispiele für diese Verbindungen sind Allylthioglykolate, Ethylthioglykolat, Cystein, 2-Mercaptoethanol, 1 ,3-Mercaptopropanol, 3-Mercaptopropan-1 ,2-diol, 1 ,4-Mercaptobutanol, Mercaptoessigsäure, 3-Mercaptopropionsäure, Mercaptobernsteinsäure, Thioglycerin, Thioessigsäure, Thio- harnstoff und AI kyl mercaptane wie n-Butylmercaptan, n-Hexylmercaptan oder n-Dodecylmercaptan.Compounds of this type are, for example, inorganic hydrogen sulfites, disulfites and dithionites or organic sulfides, disulfides, polysulfides, sulfoxides and sulfones. These include di-n-butyl sulfide, di-n-octyl sulfide, diphenyl sulfide, thiodiglycol, ethylthioethanol, diisopropyl disulfide, di-n-butyl disulfide, di-n-hexyl disulfide, diacetyl disulfide, diethanol sulfide, di-t-butyl trisulfide, dimethyl sulfoxide, dialkyl sulfide, Dialkyl disulfide and / or diaryl sulfide. Also suitable as polymerization regulators are thiols (compounds which contain sulfur in the form of SH groups, also referred to as mercaptans). Preferred regulators are mono-, bi- and polyfunctional mercaptans, mercaptoalcohols and / or mercaptocarboxylic acids. Examples of these compounds are allyl thioglycolates, ethyl thioglycolate, cysteine, 2-mercaptoethanol, 1, 3-mercaptopropanol, 3-mercaptopropane-1, 2-diol, 1, 4-mercaptobutanol, mercaptoacetic acid, 3-mercaptopropionic acid, mercaptosuccinic acid, thioglycerol, thioacetic acid, thio urea and Al kyl mercaptans such as n-butylmercaptan, n-hexylmercaptan or n-dodecylmercaptan.
Beispiele für bifunktionale Regler, die zwei Schwefelatome in gebundener Form enthalten sind bifunktionale Thiole wie z. B. Dimercaptopropansulfonsäure (Natriumsalz), Dimercaptobernsteinsäure, Dimercapto-1-propanol, Dimercaptoethan, Dimercaptopro- pan, Dimercaptobutan, Dimercaptopentan, Dimercaptohexan, Ethylenglykol-bis- thioglykolate und Butandiol-bis-thioglykolat. Beispiele für polyfunktionale Regler sind Verbindungen, die mehr als zwei Schwefel in gebundener Form enthalten. Beispiele hierfür sind trifunktionale und/oder tetrafunktionale Mercaptane.Examples of bifunctional regulators containing two sulfur atoms in bonded form are bifunctional thiols such as. As dimercaptopropanesulfonic acid (sodium salt), dimercaptosuccinic acid, dimercapto-1-propanol, dimercaptoethane, dimercaptopropan, dimercaptobutane, dimercaptopentane, dimercaptohexane, ethylene glycol bis-thioglycolate and butanediol-bis-thioglycolate. Examples of polyfunctional regulators are compounds containing more than two sulfur in bound form. Examples of these are trifunctional and / or tetrafunctional mercaptans.
Alle genannten Regler können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Eine spezielle Ausführungsform betrifft Polymerdispersionen PD, die durch radikalische Emulsionspolymerisation ohne Zusatz eines Reglers hergestellt werden.All mentioned controllers can be used individually or in combination with each other. A specific embodiment relates to polymer dispersions PD, which are prepared by free-radical emulsion polymerization without the addition of a regulator.
Zur Herstellung der Polymerisate können die Monomeren mit Hilfe von Radikale bil- denden Initiatoren polymerisiert werden.To prepare the polymers, the monomers can be polymerized with the aid of free-radical initiators.
Als Initiatoren für die radikalische Polymerisation können die hierfür üblichen Peroxo- und/oder Azo-Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise Alkali- oder Ammoni- umperoxidisulfate, Diacetylperoxid, Dibenzoylperoxid, Succinylperoxid, Di-tert.-butylperoxid, tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperpivalat, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert.-Butylpermaleinat, Cumolhydroperoxid, Diisopropylperoxidicarbamat, Bis-(o-toluoyl)peroxid, Didecanoylperoxid, Dioctanoylper- oxid, Dilauroylperoxid, tert.-Butylperisobutyrat, tert.-Butylperacetat, Di-tert.-Amylperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Azo-bis-isobutyronitril, 2,2'-Azo-bis-(2-amidinopropan)dihydrochlorid oder 2-2'-Azo-bis-(2-methyl-butyronitril). Geeignet sind auch Gemische dieser Initiatoren.As initiators for the radical polymerization, the peroxo and / or azo compounds customary for this purpose can be used, for example alkali metal or ammonium peroxydisulfates, diacetyl peroxide, dibenzoyl peroxide, succinyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, tert-butyl perbenzoate, tert. Butyl perpivalate, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, tert-butyl permalate, cumene hydroperoxide, Diisopropylperoxidicarbamat, bis (o-toluoyl) peroxide, Didecanoylperoxid, Dioctanoylper- oxide, dilauroyl peroxide, tert-butyl perisobutyrate, tert-butyl peracetate, di-tert .-Amyl peroxide, tert-butyl hydroperoxide, azo-bis-isobutyronitrile, 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride or 2-2'-azobis (2-methyl-butyronitrile). Also suitable are mixtures of these initiators.
Als Initiatoren können auch Reduktions-/Oxidations-(= Red-Ox)-Initiator Systeme eingesetzt werden. Die Red-Ox-Initiator-Systeme bestehen aus mindestens einem meist anorganischen Reduktionsmittel und einem anorganischen oder organischen Oxidati- onsmittel. Bei der Oxidationskomponente handelt es sich z. B. um die bereits vorstehend genannten Initiatoren für die Emulsionspolymerisation. Bei der Reduktionskom- ponenten handelt es sich z. B. um Alkalimetallsalze der schwefligen Säure, wie z. B. Natriumsulfit, Natriumhydrogensulfit, Alkalisalze der dischwefligen Säure wie Natrium- disulfit, Bisulfitadditionsverbindungen aliphatischer Aldehyde und Ketone, wie Aceton- bisulfit oder Reduktionsmittel wie Hydroxymethansulfinsäure und deren Salze, oder Ascorbinsäure. Die Red-Ox-Initiator-Systeme können unter Mitverwendung löslicher Metallverbindungen, deren metallische Komponente in mehreren Wertigkeitsstufen auftreten kann, verwendet werden. Übliche Red-Ox-Initiator-Systeme sind z. B. Ascor- binsäure/Eisen(ll)sulfat/Natriumperoxodisulfat, tert-Butylhydroperoxid/Natriumdisulfit, tert-Butylhydroperoxid/Na-Hydroxymethansulfinsäure. Die einzelnen Komponenten, z. B. die Reduktionskomponente, können auch Mischungen sein z. B. eine Mischung aus dem Natriumsalz der Hydroxymethansulfinsäure und Natriumdisulfit.Reducing / oxidation (= Red-Ox) initiator systems can also be used as initiators. The redox initiator systems consist of at least one mostly inorganic reducing agent and one inorganic or organic oxidizing agent. The oxidation component is z. B. to the above-mentioned initiators for emulsion polymerization. In the reduction com- components are, for. B. to alkali metal salts of sulfurous acid, such as. For example, sodium sulfite, sodium hydrogen sulfite, alkali metal salts of the disulfurous acid such as sodium disulfite, bisulfite addition compounds aliphatic aldehydes and ketones such as acetone bisulfite or reducing agents such as hydroxymethanesulfinic acid and salts thereof, or ascorbic acid. The red-ox initiator systems can be used with the concomitant use of soluble metal compounds whose metallic component can occur in multiple valence states. Usual Red Ox initiator systems are z. As ascorbic acid / iron (II) sulfate / sodium peroxodisulfate, tert-butyl hydroperoxide / sodium disulfite, tert-butyl hydroperoxide / Na-hydroxymethanesulfinic acid. The individual components, eg. As the reduction component, mixtures may also be z. B. a mixture of the sodium salt of hydroxymethanesulfinic acid and sodium disulfite.
Die Menge der Initiatoren beträgt im Allgemeinen 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf alle zu polymerisierenden Monomeren. Es können auch meh- rere, verschiedene Initiatoren bei der Emulsionspolymerisation Verwendung finden.The amount of initiators is generally 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt .-%, based on all monomers to be polymerized. It is also possible to use a plurality of different initiators in the emulsion polymerization.
Die Herstellung der Polymerdispersion PD), erfolgt üblicherweise in Gegenwart wenigstens einer grenzflächenaktiven Verbindung. Eine ausführliche Beschreibung geeigneter Schutzkolloide findet sich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Che- mie, Band XIV/1 , Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961 ,The preparation of the polymer dispersion PD) is usually carried out in the presence of at least one surface-active compound. A detailed description of suitable protective colloids can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular Materials, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961,
S. 41 1 bis 420. Geeignete Emulgatoren finden sich auch in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 14/1 , Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961 , Seiten 192 bis 208.41 to 420. Suitable emulsifiers can also be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume 14/1, Macromolecular Materials, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, pages 192 to 208.
Als Emulgatoren sind sowohl anionische, kationische als auch nichtionische Emulgatoren geeignet. Vorzugsweise werden als grenzflächenaktive Substanzen Emulgatoren eingesetzt, deren relative Molekulargewichte üblicherweise unterhalb derer von Schutzkolloiden liegen. Insbesondere hat es sich bewährt, ausschließlich anionische Emulgatoren oder eine Kombination aus wenigstens einem anionischen Emulgator und wenigstens einem nichtionischen Emulgator einzusetzen.Suitable emulsifiers are both anionic, cationic and nonionic emulsifiers. Emulsifiers whose relative molecular weights are usually below those of protective colloids are preferably used as surface-active substances. In particular, it has proven useful to use exclusively anionic emulsifiers or a combination of at least one anionic emulsifier and at least one nonionic emulsifier.
Brauchbare nichtionische Emulgatoren sind araliphatische oder aliphatische nichtionische Emulgatoren, beispielsweise ethoxylierte Mono-, Di- und Trialkylphenole (EO- Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C4-Ci0), Ethoxylate langkettiger Alkohole (EO-Grad: 3 bis 100, Alkylrest: Cs-Csβ) sowie Polyethylenoxid/Polypropylenoxid-Homo- und Copolymere. Diese können die Alkylenoxideinheiten statistisch verteilt oder in Form von Blöcken einpolymerisiert enthalten. Gut geeignet sind z. B. EO/PO-Blockcopolymere. Bevorzugt werden Ethoxylate langkettiger Alkanole (Alkylrest C1-C30, mittlerer Ethoxylierungsgrad 5 bis 100) und darunter besonders bevorzugt solche mit einem linearen Ci2-C20-Alkylrest und einem mittleren Ethoxylierungsgrad von 10 bis 50 sowie ethoxylierte Monoalkylphenole, eingesetzt. Geeignete anionische Emulgatoren sind beispielsweise Alkali- und Ammoniumsalze von Alkylsulfaten (Alkylrest: C8-C22), von Schwefelsäurehalbestern ethoxylierter Alka- nole (EO-Grad: 2 bis 50, Alkylrest: Ci2-Ci8) und ethoxylierter Alkylphenole (EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C4-C9), von Alkylsulfonsäuren (Alkylrest: C12-C18) und von Alkylarylsul- fonsäuren (Alkylrest: Cg-Cis). Weitere geeignete Emulgatoren finden sich in Houben- Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/1 , Makromolekulare Stoffe, Ge- org-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961 , S. 192-208). Als anionische Emulgatoren sind e- benfalls Bis(phenylsulfonsäure)ether bzw. deren Alkali- oder Ammoniumsalze, die an einem oder beiden aromatischen Ringen eine C4-C24-Alkylgruppe tragen, geeignet. Diese Verbindungen sind allgemein bekannt, z. B. aus der US-A-4,269,749, und im Handel erhältlich, beispielsweise als Dowfax® 2A1 (Dow Chemical Company).Useful nonionic emulsifiers are araliphatic or aliphatic nonionic emulsifiers, examples being ethoxylated mono-, di- and trialkylphenols (EO units: 3 to 50, alkyl radical: C 4 -C 0), ethoxylates of long-chain alcohols (EO units: 3 to 100, alkyl radical : Cs-Csβ) and polyethylene oxide / polypropylene oxide homo- and copolymers. These may contain randomly distributed alkylene oxide or polymerized in the form of blocks. Well suited z. B. EO / PO block copolymers. Ethoxylates of long-chain alkanols (alkyl C1-C30, average degree of ethoxylation from 5 to 100), and including particularly preferably those are preferably 0 alkyl radical and a mean degree of ethoxylation of 10 to 50, and ethoxylated monoalkylphenols having a linear Ci2-C2. Suitable anionic emulsifiers are for example alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (alkyl: C8-C22), nole of sulfuric monoesters of ethoxylated alkali (EO degree: from 2 to 50, alkyl radical: Ci2-Ci8) and ethoxylated alkylphenols (EO units: 3 to 50, alkyl radical: C4-C9), of alkylsulfonic acids (alkyl radical: C12-C18) and of alkylarylsulfonic acids (alkyl radical: Cg-Cis). Further suitable emulsifiers can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular Materials, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961, pp. 192-208). Also suitable as anionic emulsifiers are bis (phenylsulfonic acid) ethers or their alkali metal or ammonium salts which carry a C 4 -C 24 -alkyl group on one or both aromatic rings. These compounds are well known, for. From US-A-4,269,749, and commercially available, for example as Dowfax® 2A1 (Dow Chemical Company).
Geeignete kationische Emulgatoren sind vorzugsweise quartäre Ammoniumhalogenide, z. B. Trimethylcetylammoniumchlorid, Methyltrioctylammoniumchlorid, Benzyl- triethylammoniumchlorid oder quartäre Verbindungen von N-C6-C2o-Alkylpyridinen, -morpholinen oder -imidazolen, z. B. N-Laurylpyridiniumchlorid.Suitable cationic emulsifiers are preferably quaternary ammonium halides, e.g. Trimethylcetylammonium chloride, methyltrioctylammonium chloride, benzyltriethylammonium chloride or quaternary compounds of N-C6-C20-alkylpyridines, -morpholines or -imidazoles, e.g. B. N-Laurylpyridinium chloride.
Die Menge an Emulgator beträgt im Allgemeinen etwa 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Menge an zu polymerisierenden Monomeren.The amount of emulsifier is generally about 0.01 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt .-%, based on the amount of monomers to be polymerized.
Den Polymerdispersionen (PD) können weiterhin übliche Hilfs- und Zusatzstoffe zugesetzt werden. Dazu zählen beispielsweise den pH-Wert einstellende Substanzen, Re- duktions- und Bleichmittel, wie z. B. die Alkalimetallsalze der Hydroxymethansulfinsäu- re (z. B. Rongalit® C der BASF Aktiengesellschaft), Komplexbildner, Desodorantien, Geschmacksstoffe, Geruchsstoffe und Viskositätsmodifizierer, wie Alkohole, z. B. GIy- cerin, Methanol, Ethanol, tert.-Butanol, Glykol etc. Diese Hilfs- und Zusatzstoffe können den Polymerdispersionen in der Vorlage, einem der Zuläufe oder nach Abschluss der Polymerisation zugesetzt werden.The polymer dispersions (PD) can also be added to customary auxiliaries and additives. These include, for example, the pH-adjusting substances, reduction and bleaching agents, such as. For example, the alkali metal salts of hydroxymethanesulfinic acid (eg Rongalit.RTM. C from BASF Aktiengesellschaft), complexing agents, deodorants, flavoring agents, odorous substances and viscosity modifiers, such as alcohols, eg. B. Glycerin, methanol, ethanol, tert-butanol, glycol, etc. These auxiliaries and additives can be added to the polymer dispersions in the template, one of the feeds or after completion of the polymerization.
Die Polymerisation erfolgt im Allgemeinen bei Temperaturen in einem Bereich von 0 bis 150 0C, bevorzugt 20 bis 100 0C, besonders bevorzugt 30 bis 95 0C. Die Polymerisation erfolgt vorzugsweise bei Normaldruck, möglich ist jedoch auch eine Polymerisation unter erhöhtem Druck, beispielsweise dem Eigendruck der zur Polymerisation eingesetzten Komponenten. In einer geeigneten Ausführung erfolgt die Polymerisation in Gegenwart wenigstens eines Inertgases, wie z. B. Stickstoff oder Argon.The polymerization is generally carried out at temperatures in a range from 0 to 150 0 C, preferably 20 to 100 0 C, more preferably 30 to 95 0 C. The polymerization is preferably carried out at atmospheric pressure, but is also possible a polymerization under elevated pressure, for example the autogenous pressure of the components used for the polymerization. In a suitable embodiment, the polymerization takes place in the presence of at least one inert gas, such as. As nitrogen or argon.
Das Polymerisationsmedium kann sowohl nur aus Wasser, als auch aus Mischungen aus Wasser und damit mischbaren Flüssigkeiten wie Methanol bestehen. Vorzugsweise wird nur Wasser verwendet. Die Emulsionspolymerisation kann sowohl als Batch- prozess als auch in Form eines Zulaufverfahrens, einschließlich Stufen- oder Gradien- tenfahrweise, durchgeführt werden. Bevorzugt ist das Zulaufverfahren, bei dem man einen Teil des Polymerisationsansatzes oder auch eine Polymersaat vorlegt, auf die Polymerisationstemperatur erhitzt, anpolymerisiert und anschließend den Rest des Polymerisationsansatzes, üblicherweise über mehrere räumlich getrennte Zuläufe, von denen einer oder mehrere die Monomeren in reiner oder in emulgierter Form enthalten, kontinuierlich, stufenweise oder unter Überlagerung eines Konzentrationsgefälles unter Aufrechterhaltung der Polymerisation der Polymerisationszone zuführt.The polymerization medium may consist of water only, as well as of mixtures of water and thus miscible liquids such as methanol. Preferably, only water is used. The emulsion polymerization can be carried out both as a batch process and in the form of a feed process, including a stepwise or gradient procedure. Preference is given to the feed process in which a part of the polymerization batch or else a polymer seed is introduced, to which Polymerisation temperature heated, polymerized and then the remainder of the polymerization, usually via a plurality of spatially separate feeds, one or more of the monomers in pure or in emulsified form, continuously, stepwise or by superimposing a concentration gradient while maintaining the polymerization of the polymerization zone supplies.
Unter dem Begriff "Saatpolymer" versteht der Fachmann ein feinteiliges Polymer in Form einer wässrigen Polymerdispersion. Die gewichtsmittlere Teilchengröße von Saatpolymeren (Gewichtsmittel, dso-Wert) liegt typischerweise unterhalb von 200 nm, häufig im Bereich von 10 bis 150 nm. Die Monomerzusammensetzungen der Saatpolymere ist in der Regel von untergeordneter Bedeutung. Geeignet sind sowohl Saatpolymere, die überwiegend aus vinylaromatischen Monomeren und insbesondere aus Styrol aufgebaut sind (sogenannte Styrol-Saat), als auch Saatpolymere, die überwiegend aus Ci-Cio-Alkylacrylaten und/oder Ci-Cio-Alkylmethacrylaten, z. B. aus einer Mischung aus Butylacrylat und Methylmethacrylat aufgebaut sind. Neben diesenThe term " seed polymer " is understood by the person skilled in the art to mean a finely divided polymer in the form of an aqueous polymer dispersion. The weight average particle size of seed polymers (weight average, d.sub.50) is typically below 200 nm, often in the range of 10 to 150 nm. The monomer compositions of the seed polymers are generally of lesser importance. Both seed polymers, which are composed predominantly of vinylaromatic monomers and in particular of styrene (so-called styrene seed), as well as seed polymers which are predominantly composed of C 1 -C 10 -alkyl acrylates and / or C 1 -C 10 -alkyl methacrylates, eg. B. are composed of a mixture of butyl acrylate and methyl methacrylate. Beside these
Hauptmonomeren, die typischerweise wenigstens 80 Gew.-% und insbesondere wenigstens 90 Gew.-% des Saatpolymeren ausmachen, können die Saatpolymere auch davon verschiedene Monomere, insbesondere solche mit einer erhöhten Wasserlöslichkeit, z. B. Monomere mit wenigstens einer Säurefunktion und/oder neutrale Mono- mere mit erhöhter Wasserlöslichkeit einpolymerisiert enthalten. Der Anteil derartiger Monomere wird in der Regel 20 Gew.-% und insbesondere 10 Gew.-% nicht überschreiten und liegt, sofern vorhanden, typischerweise im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.- %, bezogen auf die Gesamtmenge der das Saatpolymer konstituierenden Monomere.Main monomers, which typically make up at least 80% by weight, and more preferably at least 90% by weight, of the seed polymer, the seed polymers can also contain various monomers, especially those having increased water solubility, e.g. B. monomers having at least one acid function and / or neutral monomers with increased water solubility in copolymerized form. The proportion of such monomers will usually not exceed 20% by weight and especially 10% by weight and, if present, is typically in the range of 0.1 to 10% by weight, based on the total amount of the seed polymer constituent monomers.
Die Art und Weise, in der der Initiator im Verlauf der radikalischen wässrigen Emulsionspolymerisation dem Polymerisationsgefäß zugegeben wird, ist dem Durchschnittsfachmann bekannt. Es kann sowohl vollständig in das Polymerisationsgefäß vorgelegt, als auch nach Maßgabe seines Verbrauchs im Verlauf der radikalischen wässrigen Emulsionspolymerisation kontinuierlich oder stufenweise eingesetzt werden. Im Einzelnen hängt dies in an sich dem Durchschnittsfachmann bekannter Weise sowohl von der chemischen Natur des Initiatorsystems als auch von der Polymerisationstemperatur ab. Vorzugsweise wird ein Teil vorgelegt und der Rest nach Maßgabe des Verbrauchs der Polymerisationszone zugeführt.The manner in which the initiator is added to the polymerization vessel in the course of the free radical aqueous emulsion polymerization is known to one of ordinary skill in the art. It can be introduced both completely into the polymerization vessel, or used continuously or in stages according to its consumption in the course of the free radical aqueous emulsion polymerization. Specifically, this depends in a manner known per se to those of ordinary skill in the art both on the chemical nature of the initiator system and on the polymerization temperature. Preferably, a part is initially charged and the remainder supplied according to the consumption of the polymerization.
Die bei der Polymerisation entstandenen Dispersionen können im Anschluss an den Polymerisationsprozess einer physikalischen oder chemischen Nachbehandlung unterworfen werden. Solche Verfahren sind beispielsweise die bekannten Verfahren zur Restmonomerenreduzierung, wie z. B. die Nachbehandlung durch Zusatz von Polymerisationsinitiatoren oder Mischungen mehrerer Polymerisationsinitiatoren bei geeigne- ten Temperaturen, eine Nachbehandlung der Polymerlösung mittels Wasserdampf oder Ammoniakdampf, oder Strippen mit Inertgas oder Behandeln der Reaktionsmischung mit oxidierenden oder reduzierenden Reagenzien, Adsorptionsverfahren wie die Adsorption von Verunreinigung an ausgewählten Medien wie z. B. Aktivkohle oder eine Ultrafiltration.The dispersions formed during the polymerization can be subjected to a physical or chemical aftertreatment following the polymerization process. Such methods are, for example, the known methods for residual monomer reduction, such as. For example, the aftertreatment by addition of polymerization initiators or mixtures of several polymerization initiators at suitable temperatures, aftertreatment of the polymer solution by means of steam or ammonia vapor, or stripping with inert gas or treating the reaction mixture with oxidizing or reducing reagents, adsorption as the adsorption of impurity on selected media such. As activated carbon or ultrafiltration.
Die erhaltene wässrige Polymerdispersion (PD) weist üblicherweise einen Feststoffge- halt von 20 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Polymerdispersion auf. Der Feststoffgehalt versteht sich einschließlich zugesetztem hochverzweigtem Polymer. Die Glasübergangstemperatur Tg des in der Polymerdispersion enthaltenen Emulsionspolymerisats liegt vorzugsweise in einem Bereich von -50 bis 80 0C, besonders bevorzugt von -10 bis 50 0C.The aqueous polymer dispersion (PD) obtained usually has a solids content of from 20 to 70% by weight, preferably from 40 to 60% by weight, based on the polymer dispersion. The solids content is understood including added highly branched polymer. The glass transition temperature Tg of the emulsion polymer contained in the polymer dispersion is preferably in a range from -50 to 80 ° C., more preferably from -10 to 50 ° C.
Die erhaltene wässrige Polymerdispersion PD) kann als solche oder gemischt mit weiteren, in der Regel filmbildenden, Polymeren als Bindemittelzusammensetzung in wässrigen Beschichtungsmitteln, wie Färb- oder Lackmischungen, verwendet werden.The resulting aqueous polymer dispersion PD) can be used as such or mixed with further, generally film-forming, polymers as a binder composition in aqueous coating compositions, such as dye or lacquer mixtures.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Bindemittelzusammensetzung, die eine wässrige Polymerdispersion (PD), wie zuvor beschrieben, enthält oder aus einer solchen Polymerdispersion (PD) besteht. Die Bindemittelzusammensetzung umfasst dabei auch das/die der Polymerdispersion (PD) zugesetzte(n) hochverzweigte(n) Poly¬A further subject of the invention is a binder composition which contains an aqueous polymer dispersion (PD) as described above or consists of such a polymer dispersion (PD). The binder composition also comprises the highly branched polymer (s) added to the polymer dispersion (PD)
Zusätzlich zu der Polymerdispersion (PD) kann die Bindemittelzusammensetzung wenigstens ein weiteres filmbildendes Polymer aufweisen. Dazu zählen z. B. Alkydharze. Geeignete Alkydharze sind z. B. wasserlösliche Alkydharze, die vorzugsweise ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 5000 bis 40 000 aufweisen. Geeignet sind wei- terhin Alkydharze mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 40 000, speziell von mehr als 100 000. Unter einem Alkydharz versteht man einen Polyester, der mit einem trocknenden Öl, einer Fettsäure oder dergleichen verestert ist (U. Poth, Polyester und Alkydharze, Vincentz Network 2005).In addition to the polymer dispersion (PD), the binder composition may comprise at least one further film-forming polymer. These include z. B. alkyd resins. Suitable alkyd resins are, for. B. water-soluble alkyd resins, which preferably have a weight-average molecular weight of 5000 to 40,000. Alkyd resins having a weight-average molecular weight of more than 40,000, especially more than 100,000, are also suitable. An alkyd resin is understood to mean a polyester which is esterified with a drying oil, a fatty acid or the like (U. Poth, Polyester and Alkyd resins, Vincentz Network 2005).
Geeignete wasserlösliche Alkydharze sind Alkydharze mit ausreichend hoher Säurezahl, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 65 mg KOH/g. Diese können gegebenenfalls teilweise oder vollständig neutralisiert vorliegen. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht beträgt vorzugsweise 8000 bis 35 000 und besonders bevorzugt 10 000 bis 35 000.Suitable water-soluble alkyd resins are alkyd resins having a sufficiently high acid number, preferably in the range of 30 to 65 mg KOH / g. These may optionally be partially or completely neutralized. The weight-average molecular weight is preferably 8,000 to 35,000, and more preferably 10,000 to 35,000.
Der Einsatz von solchen weiteren filmbildenden Polymeren, speziell Alkydharzen, die den VOC-Gehalt der Beschichtungsmittel erhöhen, ist unter Umständen nicht bevorzugt. Eine spezielle Ausführungsform ist daher ein Beschichtungsmittel, das wenigstens eine Dispersion PD) und wenigstens ein hochverzweigtes Polymer, jedoch kein von dem in der Polymerdispersion enthaltenen Emulsionspolymerisat verschiedenes filmbildendes Polymer aufweist. Die erfindungsgemäßen Bindemittelzusammensetzungen kommen vorzugsweise in wässrigen Anstrichmitteln zum Einsatz. Diese Anstrichmittel liegen beispielsweise in Form eines unpigmentierten Systems (Klarlacks) oder eines pigmentierten Systems vor. Der Anteil der Pigmente kann durch die Pigmentvolumenkonzentration (PVK) be- schrieben werden. Die PVK beschreibt das Verhältnis des Volumens an Pigmenten (VP) und Füllstoffen (VF) zum Gesamtvolumen, bestehend aus den Volumina an Bindemittel (VB), Pigmenten und Füllstoffen eines getrockneten Beschichtungsfilms in Prozent: PVK = (VP + VF) x 100 / (VP + VF + VB). Anstrichmittel lassen sich anhand der PVK beispielsweise wie folgt einteilen:The use of such other film-forming polymers, especially alkyd resins, which increase the VOC content of the coating agents may not be preferred. A specific embodiment is therefore a coating composition comprising at least one dispersion PD) and at least one hyperbranched polymer, but no film-forming polymer other than the emulsion polymer contained in the polymer dispersion. The binder compositions according to the invention are preferably used in aqueous paints. These paints are for example in the form of an unpigmented system (clearcoat) or a pigmented system. The proportion of pigments can be described by the pigment volume concentration (PVK). The PVK describes the ratio of the volume of pigments (V P ) and fillers (V F ) to the total volume, consisting of the volumes of binder (VB), pigments and fillers of a dried coating film in percent: PVK = (VP + VF) x 100 / (V P + V F + V B ). For example, paints can be classified using the PVK as follows:
hochgefüllte Innenfarbe, waschbeständig, weiß/matt ca. 85high filled interior paint, washable, white / matt approx. 85
Innenfarbe, scheuerbeständig, weiß/matt ca. 80Interior paint, abrasion resistant, white / matt approx. 80
Halbglanzfarbe, seidenmatt ca. 35Semi-gloss paint, semi-gloss approx. 35
Halbglanzfarbe, seidenglänzend ca. 25 Außenfassadenfarbe, weiß ca. 45-55Semi-gloss color, silky gloss approx. 25 exterior façade color, white approx. 45-55
Klarlack 0Clearcoat 0
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Beschichtungsmittel in Form einer wässrigen Zusammensetzung, enthaltendAnother object of the invention is a coating composition in the form of an aqueous composition containing
eine Bindemittelzusammensetzung, wie zuvor definiert, die ein hochverzweigtes Polymer als Zusatzstoff enthält,a binder composition as defined above containing a highly branched polymer as an additive,
gegebenenfalls wenigstens einen anorganischen Füllstoff und/oder wenigstens ein anorganisches Pigment,optionally at least one inorganic filler and / or at least one inorganic pigment,
gegebenenfalls weitere Hilfsmittel, undoptionally further aids, and
Wasser.Water.
In einer ersten bevorzugten Ausführung eignen sich die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel zur Herstellung von Klarlacken, die keine Pigmente und Füllstoffe enthalten, mit hoher Gefrier-Tau-Stabilität.In a first preferred embodiment, the coating compositions according to the invention are suitable for the production of clearcoats which contain no pigments and fillers, with high freeze-thaw stability.
In einer zweiten besonders bevorzugten Ausführung eignen sich die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel zur Herstellung von Dispersionsfarben mit hoher Gefrier-Tau- Stabilität.In a second particularly preferred embodiment, the coating compositions according to the invention are suitable for the production of emulsion paints having a high freeze-thaw stability.
Bevorzugt ist ein Beschichtungsmittel, enthaltend:Preference is given to a coating composition comprising:
10 bis 60 Gew.-%, bezogen auf den Festgehalt wenigstens einer Dispersion PD), wie zuvor definiert, 10 bis 70 Gew.-% anorganische Füllstoffe und/oder anorganische Pigmente, 0,1 bis 20 Gew.-% übliche Hilfsmittel, und Wasser auf 100 Gew.-%.From 10 to 60% by weight, based on the solids content of at least one dispersion PD), as defined above, 10 to 70 wt .-% of inorganic fillers and / or inorganic pigments, 0.1 to 20 wt .-% of conventional auxiliaries, and water to 100 wt .-%.
Der Anteil von PD) an dem obigen Beschichtungsmittel bezieht sich auf Feststoff, d. h. Emulsionspolymerisat und hochverzweigte(s) Polymer(e), ohne Wasser.The proportion of PD) in the above coating agent refers to solid, i. H. Emulsion polymer and highly branched polymer (s), without water.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel in Form einer wässrigen Zusammensetzung kommen vorzugsweise als Anstrichmittel zum Einsatz. Eine Ausführungsform sind Anstrichmittel in Form eines Klarlacks. Eine weitere Ausführungsform sind Anstrichmittel in Form einer Dispersionsfarbe. Die erfindungsgemäßen pigmentierten Beschichtungsmittel liegen beispielsweise in Form einer wässrigen Seidenglanz- oder einer Hochglanzfarbe vor.The novel coating compositions in the form of an aqueous composition are preferably used as paints. One embodiment is paint in the form of a clearcoat. Another embodiment is paints in the form of an emulsion paint. The pigmented coating compositions according to the invention are present, for example, in the form of an aqueous silk-gloss or a high-gloss color.
Im Folgenden wird die Zusammensetzung einer üblichen Dispersionsfarbe erläutert. Dispersionsfarben enthalten in der Regel 30 bis 75 Gew.-% und vorzugsweise 40 bis 65 Gew.-% nichtflüchtige Bestandteile. Hierunter sind alle Bestandteile der Zubereitung zu verstehen, die nicht Wasser sind, zumindest aber die Gesamtmenge an Bindemittel, Füllstoff, Pigment, schwerflüchtigen Lösungsmitteln (Siedepunkt oberhalb 220 0C), z. B. Weichmacher, und polymere Hilfsmittel. Davon entfallen etwaIn the following, the composition of a conventional emulsion paint will be explained. Emulsion paints generally contain from 30 to 75% by weight, and preferably from 40 to 65% by weight, of non-volatile constituents. This is to be understood as meaning all constituents of the preparation which are not water, but at least the total amount of binder, filler, pigment, low-volatile solvents (boiling point above 220 ° C.), eg. As plasticizers, and polymeric adjuvants. This accounts for about
a) 3 bis 90 Gew.-%, insbesondere 10 bis 60 Gew.-%, auf die feinteilige Polymerdispersion PD, b) 0 bis 85 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 60 Gew.-%, insbesondere 10 bis 50 Gew.-%, auf wenigstens ein anorganisches Pigment, c) 0 bis 85 Gew.-%, insbesondere 5 bis 60 Gew.-%, auf anorganische Füllstoffe und d) 0,1 bis 40 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 20 Gew.-%, auf übliche Hilfsmittel.a) 3 to 90 wt .-%, in particular 10 to 60 wt .-%, on the finely divided polymer dispersion PD, b) 0 to 85 wt .-%, preferably 5 to 60 wt .-%, in particular 10 to 50 wt. -%, to at least one inorganic pigment, c) 0 to 85 wt .-%, in particular 5 to 60 wt .-%, of inorganic fillers and d) 0.1 to 40 wt .-%, in particular 0.5 to 20 Wt .-%, on conventional aids.
Als Pigment werden im Rahmen dieser Erfindung zusammenfassend alle Pigmente und Füllstoffe, z. B. Farbpigmente, Weißpigmente und anorganische Füllstoffe bezeichnet. Dazu zählen anorganische Weißpigmente wie Titandioxid, vorzugsweise in der Rutilform, Bariumsulfat, Zinkoxid, Zinksulfid, basisches Bleicarbonat, Antimontri- oxid, Lithopone (Zinksulfid + Bariumsulfat) oder farbige Pigmente, beispielsweise Eisenoxide, Ruß, Graphit, Zinkgelb, Zinkgrün, Ultramarin, Manganschwarz, Antimon- schwarz, Manganviolett, Pariser Blau oder Schweinfurter Grün enthalten. Neben den anorganischen Pigmenten können die erfindungsgemäßen Dispersionsfarben auch organische Farbpigmente, z. B. Sepia, Gummigutt, Kasseler Braun, Toluidinrot, Para- rot, Hansagelb, Indigo, Azofarbstoffe, anthrachinoide und indigoide Farbstoffe sowie Dioxazin, Chinacridon-, Phthalocyanin-, Isoindolinon- und Metallkomplexpigmente ent- halten. Geeignet sind auch synthetische Weißpigmente mit Lufteinschlüssen zur Erhöhung der Lichtstreuung, wie die Rhopaque ©-Dispersionen. Geeignete Füllstoffe sind z. B. Alumosilicate, wie Feldspäte, Silicate, wie Kaolin, Talkum, Glimmer, Magnesit, Erdalkalicarbonate, wie Calciumcarbonat, beispielsweise in Form von Calcit oder Kreide, Magnesiumcarbonat, Dolomit, Erdalkalisulfate, wie Calci- umsulfat, Siliciumdioxid etc. In Anstrichmitteln werden naturgemäß feinteilige Füllstoffe bevorzugt. Die Füllstoffe können als Einzelkomponenten eingesetzt werden. In der Praxis haben sich jedoch Füllstoffmischungen besonders bewährt, z. B. Calciumcarbo- nat/Kaolin, Calciumcarbonat/Talkum. Glänzende Anstrichmittel weisen in der Regel nur geringe Mengen sehr feinteiliger Füllstoffe auf.In the context of this invention, all pigments and fillers, eg. As color pigments, white pigments and inorganic fillers. These include inorganic white pigments, such as titanium dioxide, preferably in rutile form, barium sulfate, zinc oxide, zinc sulfide, basic lead carbonate, antimony trioxide, lithopones (zinc sulfide + barium sulfate) or colored pigments, for example iron oxides, carbon black, graphite, zinc yellow, zinc green, ultramarine, manganese black, Contain antimony black, manganese violet, Paris blue or Schweinfurter green. In addition to the inorganic pigments, the emulsion paints of the invention may also organic color pigments, for. B. sepia, gummi, brown Kassel, Toluidinrot, Para red, Hansa yellow, indigo, azo dyes, anthraquinoid and indigoid dyes and dioxazine, quinacridone, phthalocyanine, isoindolinone and metal complex pigments contained. Also suitable are synthetic white pigments with air inclusions to increase the light scattering, such as the Rhopaque © dispersions. Suitable fillers are for. For example, aluminosilicates, such as feldspars, silicates, such as kaolin, talc, mica, magnesite, alkaline earth metal carbonates, such as calcium carbonate, for example in the form of calcite or chalk, magnesium carbonate, dolomite, alkaline earth sulfates, such as calcium sulfate, silica, etc. In paints naturally finely divided Fillers preferred. The fillers can be used as individual components. In practice, however, filler mixtures have proven particularly useful, for. Calcium carbonate / kaolin, calcium carbonate / talc. Glossy paints generally have only small amounts of very finely divided fillers.
Feinteilige Füllstoffe können auch zur Erhöhung der Deckkraft und /oder zur Einsparung von Weißpigmenten eingesetzt werden. Zur Einstellung der Deckkraft des Farbtons und der Farbtiefe werden vorzugsweise Abmischungen aus Farbpigmenten und Füllstoffen eingesetzt.Finely divided fillers can also be used to increase the hiding power and / or to save on white pigments. To adjust the hiding power of the hue and the depth of shade, blends of color pigments and fillers are preferably used.
Der Anteil der Pigmente kann durch die Pigmentvolumenkonzentration (PVK), d. i. der Quotient aus Volumen der Pigmente zum Gesamtvolumen des getrockneten Anstrichmittels, beschrieben werden. Hochglanzlacke haben z. B. eine PVK im Bereich von 12 bis 35 %, vorzugsweise 15 bis 30 %.The proportion of pigments can be determined by the pigment volume concentration (PVK), i. i. the quotient of volume of the pigments to the total volume of the dried paint, will be described. High gloss paints have z. B. a PVK in the range of 12 to 35%, preferably 15 to 30%.
Das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel (wässrige Anstrichmittel) kann neben der Polymerdispersion PD), wenigstens einem hochverzweigten Polymer als Zusatzstoff, gegebenenfalls zusätzlichen filmbildenden Polymeren und Pigment weitere Hilfsmittel enthalten.In addition to the polymer dispersion PD), at least one highly branched polymer as additive, optionally additional film-forming polymers and pigment, the coating composition (aqueous coating material) according to the invention may contain further auxiliaries.
Zu den üblichen Hilfsmitteln zählen neben den bei der Polymerisation eingesetzten Emulgatoren, Netz- oder Dispergiermittel, wie Natrium-, Kalium- oder Ammoniumpolyphosphate, Alkalimetall- und Ammoniumsalze von Acrylsäure- oder Maleinsäurean- hydridcopolymeren, Polyphosphonate, wie 1-Hydroxyethan-1 ,1-diphosphonsaures Natrium sowie Naphthalinsulfonsäuresalze, insbesondere deren Natriumsalze.The usual auxiliaries include, in addition to the emulsifiers used in the polymerization, wetting agents or dispersants, such as sodium, potassium or ammonium polyphosphates, alkali metal and ammonium salts of acrylic or maleic anhydride copolymers, polyphosphonates, such as 1-hydroxyethane-1, 1 diphosphonic acid sodium and Naphthalinsulfonsäuresalze, especially their sodium salts.
Weitere geeignete Hilfsmittel sind Verlaufsmittel, Entschäumer, Biozide und Verdicker. Geeignete Verdicker sind z. B. Assoziativverdicker, wie Polyurethanverdicker. Die Menge des Verdickers beträgt vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,6 Gew.-% Verdicker, bezogen auf den Feststoffgehalt des An- Strichmittels.Further suitable auxiliaries are leveling agents, defoamers, biocides and thickeners. Suitable thickeners are z. B. Associative thickener, such as polyurethane thickener. The amount of thickener is preferably less than 1 wt .-%, more preferably less than 0.6 wt .-% thickener, based on the solids content of the An-line agent.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Anstrichmittel erfolgt in bekannter Weise durch Abmischen der Komponenten in hierfür üblichen Mischvorrichtungen. Es hat sich bewährt, aus den Pigmenten, Wasser und gegebenenfalls den Hilfsmitteln eine wässri- ge Paste oder Dispersion zu bereiten, und anschließend erst das polymere Bindemittel, d. h. in der Regel die wässrige Dispersion des Polymeren mit der Pigmentpaste bzw. Pigmentdispersion zu vermischen. Die erfindungsgemäßen Anstrichmittel enthalten in der Regel 30 bis 75 Gew.-% und vorzugsweise 40 bis 65 Gew.-% nichtflüchtige Bestandteile. Hierunter sind alle Bestandteile der Zubereitung zu verstehen, die nicht Wasser sind, zumindest aber die Gesamtmenge an Bindemittel, Pigment und Hilfsmittel bezogen auf Feststoffgehalt des Anstrichmittels. Bei den flüchtigen Bestandteilen handelt es sich vorwiegend um Wasser.The preparation of the paint according to the invention is carried out in a known manner by mixing the components in mixing devices customary for this purpose. It has proven useful to prepare an aqueous paste or dispersion from the pigments, water and optionally the adjuvants, and then to first mix the polymeric binder, ie, as a rule, the aqueous dispersion of the polymer with the pigment paste or pigment dispersion. The paints according to the invention generally contain from 30 to 75% by weight and preferably from 40 to 65% by weight of nonvolatile constituents. These are to be understood as meaning all constituents of the preparation which are not water, but at least the total amount of binder, pigment and auxiliary agent based on the solids content of the paint. The volatile constituents are predominantly water.
Geeignete Anstrichmittel sind hochglänzende Anstrichmittel. Die Bestimmung des Glanzes des Anstrichmittels kann nach DIN 67530 erfolgen. Das wird das Anstrichmittel mit 240 μm Spaltweite auf eine Glasplatte aufgetragen und 72 Stunden lang bei Raumtemperatur getrocknet. Der Prüfkörper wird in ein kalibriertes Reflektometer eingesetzt, und bei definiertem Einfallswinkel wird festgestellt, inwieweit das zurückgeworfene Licht reflektiert oder gestreut worden ist. Der ermittelte Reflektometerwert ist ein Maß für den Glanz (je höher der Wert, desto höher der Glanz).Suitable paints are high gloss paints. The gloss of the paint can be determined according to DIN 67530. The paint with 240 μm gap width is applied to a glass plate and dried for 72 hours at room temperature. The specimen is placed in a calibrated reflectometer and, at a defined angle of incidence, the extent to which the reflected light has been reflected or scattered is determined. The determined reflectometer value is a measure of the gloss (the higher the value, the higher the gloss).
Der Glanz der Hochglanzlacke ist vorzugsweise größer 60 bei 20° und größer 80 bei 60°. Der Reflektometerwert wird bestimmt bei 23 0C und dimensionslos angegeben in Abhängigkeit vom Einfallswinkel, z. B. 40 bei 20°.The gloss of the high-gloss coatings is preferably greater than 60 at 20 ° and greater than 80 at 60 °. The reflectometer value is determined at 23 0 C and dimensionless given as a function of the angle of incidence, z. B. 40 at 20 °.
Das erfindungsgemäße Anstrichmittel kann in üblicher Weise auf Substrate aufgebracht werden, z. B. durch Streichen, Spritzen, Tauchen, Rollen, Rakeln etc.The paint of the invention can be applied in a conventional manner to substrates, for. B. by brushing, spraying, dipping, rolling, knife coating, etc.
Es wird vorzugsweise als Bautenanstrichmittel, d. h. zum Beschichten von Gebäuden oder Gebäudeteilen verwendet. Es kann sich dabei um mineralische Untergründe wie Putze, Gips- oder Gipskartonplatten, Mauerwerk oder Beton, um Holz, Holzwerkstoffe, Metall oder Papier, z. B. Tapeten oder Kunststoff, z. B. PVC handeln.It is preferably used as a decorative paint, i. H. used for coating buildings or parts of buildings. It may be mineral substrates such as plasters, gypsum or plasterboard, masonry or concrete, wood, wood materials, metal or paper, z. B. wallpaper or plastic, z. B. PVC act.
Vorzugsweise findet das Anstrichmittel für Gebäudeinnenteile, z. B. Innenwände, In- nentüren, Vertäfelungen, Treppengeländer, Möbel etc. Verwendung.Preferably, the paint for building interior parts, z. As interior walls, interior doors, wainscoting, banisters, furniture, etc. use.
Die erfindungsgemäßen Anstrichmittel zeichnen sich aus durch einfache Handhabung, gute Verarbeitungseigenschaften und hohes Deckvermögen. Die Anstrichmittel sind schadstoffarm. Sie haben gute anwendungstechnische Eigenschaften, z. B. eine gute Wasserfestigkeit, gute Nasshaftung, insbesondere auch auf Alkydfarben, gute Blockfestigkeit, eine gute Überstreichbarkeit und sie zeigen beim Auftragen einen guten Verlauf. Das verwendete Arbeitsgerät lässt sich leicht mit Wasser reinigen.The paints of the invention are characterized by easy handling, good processing properties and high hiding power. The paints are low in emissions. They have good performance properties, eg. B. a good water resistance, good wet adhesion, especially on alkyd paints, good blocking resistance, good paintability and they show a good course when applied. The tool used can be easily cleaned with water.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele näher erläu- teil. Beispiele:The invention will be more apparent from the following non-limiting examples. Examples:
I. Synthese der hochverzweigten PolymereI. Synthesis of highly branched polymers
HBP 1 : Hyperverzweigtes PolycarbonatHBP 1: hyperbranched polycarbonate
In einem 6 L Kolben, der mit Rührer, Innenthermometer und Rückflusskühler versehen war, wurden 1183,0 g Diethylcarbonat (10,00 mol) und 2700,0 g eines Triols (10,00 mol), das zuvor durch Ethoxylierung von Trimethylolpropan mit drei Ethylen- oxideinheiten gewonnen wurde, in Gegenwart von Kaliumcarbonat (0,5 g) bei Normaldruck und unter leichter Stickstoffbegasung bei ca. 130 0C umgesetzt. Durch das im Laufe der Reaktion gebildete Ethanol sank der Siedepunkt der Reaktionsmischung innerhalb von 4 h bis auf 100 0C. Nachdem die Siedetemperatur konstant blieb, wurde der Rückflusskühler durch eine Destillationsvorrichtung, bestehend aus einer 20 cm Füllkörperkolonne, einem absteigendem Kühler und einer Vorlage, ausgetauscht und das bei der Reaktion gebildete Ethanol kontinuierlich abdestilliert. Nachdem insgesamt etwa 810 g Ethanol entfernt worden waren, was einem Gesamtumsatz bezüglich Ethanol von ca. 88 % entspricht, wurde die Reaktionsmischung auf 100 0C abgekühlt und zur Neutralisation des Kaliumcarbonats 85%ige Phosphorsäure (0,5 g) hinzugegeben bis sich ein pH-Wert von weniger als 7 eingestellt hatte. Die Mischung wurde noch 1 h bei 100 0C gerührt. Anschließend wurde 10 Minuten bei 140 0C und 40 mbar Restmo- nomer und Reste von Ethanol entfernt. Anschließend wurde das Produkt abgekühlt und analysiert.In a 6 L flask equipped with stirrer, internal thermometer and reflux condenser, 1183.0 g of diethyl carbonate (10.00 mol) and 2700.0 g of a triol (10.00 mol), previously prepared by ethoxylation of trimethylolpropane with three Ethylene oxide units was obtained, in the presence of potassium carbonate (0.5 g) at atmospheric pressure and with slight nitrogen gassing at about 130 0 C reacted. The ethanol formed in the course of the reaction lowered the boiling point of the reaction mixture to 100 ° C. over 4 h. After the boiling temperature remained constant, the reflux condenser was passed through a distillation apparatus consisting of a 20 cm packed column, a descending condenser and a receiver. exchanged and distilled off the ethanol formed in the reaction continuously. After a total of about 810 g of ethanol had been removed, which corresponds to a total ethanol conversion of about 88%, the reaction mixture was cooled to 100 0 C and to neutralize the potassium carbonate 85% phosphoric acid (0.5 g) was added until a pH Value of less than 7. The mixture was stirred for a further 1 h at 100 ° C. Then, 10 minutes nomer at 140 0 C and 40 mbar Restmo- and residues of ethanol away. Subsequently, the product was cooled and analyzed.
Die OH-Zahl lag bei 265 mg KOH/g bestimmt, die mittels GPC bestimmten Molekulargewichte (Eluent = DMAC, Kalibrierung = PMMA) betrugen Mn = 2100 g/mol und Mw = 7400 g/mol.The OH number was determined to be 265 mg KOH / g, the molecular weights determined by GPC (eluent = DMAC, calibration = PMMA) were M n = 2100 g / mol and M w = 7400 g / mol.
HBP 2: Hyperverzweigtes PolycarbonatHBP 2: hyperbranched polycarbonate
In einem 6 L Kolben, der mit Rührer, Innenthermometer und Rückflusskühler versehen war, wurden 590,7 g Diethylcarbonat (5,00 mol) und 3350,0 g eines Triols (5,00 mol), das zuvor durch Ethoxylierung von Trimethylolpropan mit 12 Ethylenoxideinheiten gewonnen wurde, in Gegenwart von Kaliumcarbonat (0,5 g) bei Normaldruck unter leich- ter Stickstoffbegasung bei ca. 140 0C umgesetzt. Durch das im Laufe der Reaktion gebildete Ethanol sank der Siedepunkt der Reaktionsmischung innerhalb von 4 h auf 120 0C. Nachdem die Siedetemperatur konstant blieb, wurde der Rückflusskühler durch eine Destillationsvorrichtung, bestehend aus einer 20 cm Füllkörperkolonne, einem absteigendem Kühler und einer Vorlage, ausgetauscht und das bei der Reaktion gebildete Ethanol kontinuierlich abdestilliert. Nachdem insgesamt etwa 405 g Ethanol entfernt worden waren, was einem Gesamtumsatz bezüglich Ethanol von ca. 88 % entspricht, wurde die Reaktionsmischung auf 100 0C abgekühlt und zur Neutralisation des Kaliumcarbonats 85%ige Phosphorsäure (0,5 g) hinzugegeben bis sich ein pH- Wert von weniger als 7 eingestellt hatte. Die Mischung wurde noch 1 h lang bei 100 0C gerührt. Anschließend wurden 10 min bei 140 0C und 40 mbar Restmonomere und Reste von Ethanol entfernt. Anschließend wurde das Produkt abgekühlt und analysiert.In a 6 L flask equipped with stirrer, internal thermometer and reflux condenser, were added 590.7 g of diethyl carbonate (5.00 mol) and 3350.0 g of a triol (5.00 mol) previously prepared by ethoxylation of trimethylolpropane with 12 Ethylene oxide units was obtained in the presence of potassium carbonate (0.5 g) at atmospheric pressure with slight nitrogen gassing at about 140 0 C reacted. The ethanol formed in the course of the reaction lowered the boiling point of the reaction mixture to 120 ° C. over 4 h. After the boiling temperature remained constant, the reflux condenser was replaced by a distillation apparatus consisting of a 20 cm packed column, a descending condenser and a receiver and continuously distilling off the ethanol formed in the reaction. After a total of about 405 g of ethanol had been removed, which corresponds to a total ethanol conversion of about 88%, the reaction mixture was cooled to 100 0 C and for neutralization of potassium carbonate added 85% phosphoric acid (0.5 g) until a pH of less than 7 had been established. The mixture was stirred at 100 ° C. for a further 1 h. Subsequently, residual monomers and residues of ethanol were removed at 140 ° C. and 40 mbar for 10 minutes. Subsequently, the product was cooled and analyzed.
Die OH-Zahl lag bei 146 mg KOH/g bestimmt, die mittels GPC bestimmten Molekulargewichte (Eluent = DMAC, Kalibrierung = PMMA) betrugen Mn = 2700 g/mol und Mw = 5500 g/mol. Die Glasübergangstemperatur wurde mittels DSC zu Tg = -56 0C bestimmt.The OH number was determined to be 146 mg KOH / g, the molecular weights determined by GPC (eluent = DMAC, calibration = PMMA) were M n = 2700 g / mol and M w = 5500 g / mol. The glass transition temperature was determined by DSC to Tg = -56 0 C.
II. Herstellung von PolymerdispersionenII. Preparation of Polymer Dispersions
Dispersion D1 :Dispersion D1:
Dispersion aus Acrylsäure, Acrylamid, n-Butylacrylat und MethylmethacrylatDispersion of acrylic acid, acrylamide, n-butyl acrylate and methyl methacrylate
Vorlage: 32,80 g von Zulauf 1 10,92 g von Zulauf 2 201 ,24 g vollentsalztes Wasser 0,13 g Kupfer-ll-sulfat (0,1 %)Original: 32.80 g of feed 1 10.92 g of feed 2 201, 24 g of demineralized water 0.13 g of copper 11 sulfate (0.1%)
3,25 g Maranil A 20 ® (20 %) (Natrium-n-(Cio-Ci3-alkyl)benzolsulfonat, Fa. Cognis)3.25 g of Maranil A 20® (20%) (sodium n- (C 1 -C 3 -alkyl) benzenesulfonate, Cognis)
Zugabe 1 : 7,22 g vollentsalztes WasserAddition 1: 7.22 g of demineralized water
Zulauf 1 : 248,09 g vollentsalztes WasserFeed 1: 248.09 g of demineralized water
8,67 g Dowfax 2A1 ® (45 %) (Alkyldiphenyloxiddisulfonat, Fa. Dow)8.67 g Dowfax 2A1® (45%) (alkyldiphenyloxide disulfonate, Dow Co.)
26,00 g Lutensol TO 89 ® (20 %) (ethoxilierter Cis-Oxoalkohol,26.00 g of Lutensol TO 89® (20%) (ethoxylated cis-oxo-alcohol,
Fa. BASF Aktiengesellschaft) 8,45 g AcrylsäureFa. BASF Aktiengesellschaft) 8.45 g of acrylic acid
19,50 g Acrylamid (50%ig in Wasser) 364,00 g n-Butylacrylat 267,80 g Methylmethacrylat19.50 g of acrylamide (50% in water) 364.00 g of n-butyl acrylate 267.80 g of methyl methacrylate
Zulauf 2: 31 ,20 g Natriumperoxodisulfat (2,5 %)Feed 2: 31, 20 g of sodium peroxodisulfate (2.5%)
Zulauf 3: 3,90 g vollentsalztes Wasser 2,6 g Ammoniak (25 %)Feed 3: 3.90 g demineralized water 2.6 g ammonia (25%)
Zulauf 4: 5,92 g vollentsalztes Wasser 3,90 g tert.-Butylhydroperoxid (10 %) Zulauf 5: 9,3 g vollentsalztes WasserFeed 4: 5.92 g of deionized water 3.90 g of tert-butyl hydroperoxide (10%) Feed 5: 9.3 g of demineralized water
4,96 g Acetonbisulfit (13,10 %)4.96 g of acetone bisulfite (13.10%)
Zulauf 6: 37,90 g vollentsalztes WasserFeed 6: 37.90 g of demineralized water
Zulauf 7: 4,35 g Acticid MBS (5 %) (Biozid, Thor-Chemie)Feed 7: 4.35 g Acticid MBS (5%) (biocide, Thor chemistry)
Zulauf 8: 1 1 ,05 g Natronlauge (10%)Feed 8: 1 1.05 g of sodium hydroxide solution (10%)
11 ,57 g vollentsalztes Wasser11, 57 g of demineralized water
In einem mit Dosiereinrichtung und Temperaturregelung ausgerüsteten Polymerisationsgefäß wurden zunächst die zur Vorlage gehörenden Mengen an vollentsalztem Wasser, Kupfer-Il-Sulfat und Maranil® A20 vorgelegt und unter Rühren auf 95 0C erhitzt. Anschließend wurde die Vorlagemenge von Zulauf 1 zugegeben und 10 Minuten gerührt. Danach wurde die Vorlagemenge von Zulauf 2 zugegeben und die Vorlage 5 Minuten anpolymerisiert. Nach der Anpolymerisation wurden die Restmengen der Zuläufe 1 und 2 innerhalb von 150 Minuten zudosiert und nach Ende von Zulauf 1 dieser mit der Zugabe 1 gespült. Man ließ 15 Minuten nachpolymerisieren, währenddessen die Temperatur im Reaktionsgefäß auf 90 0C eingestellt wurde. Zur Neutralisation wurde dann Zulauf 3 innerhalb von 15 Minuten zudosiert und danach die Zuläufe 4 und 5 parallel innerhalb von 1 Stunde zudosiert, wonach man noch 15 Minuten nachrühren ließ. Anschließend ließ man den Reaktionsansatz im Verlauf von 90 Minuten auf 30 0C abkühlen und gab nach Erreichen dieser Temperatur Zulauf 6 zu. Abschließend wurden ebenfalls bei 30 0C die Zuläufe 7 und 8 nacheinander zugegeben und danach der Reaktionsansatz auf Raumtemperatur abgekühlt.In a flask equipped with metering means and temperature control polymerization vessel belonging to the original amounts of deionized water, copper-II-sulphate and Maranil® A20 initially were initially charged and heated with stirring to 95 0 C. Subsequently, the original amount of feed 1 was added and stirred for 10 minutes. Thereafter, the original amount of feed 2 was added and the original polymerized for 5 minutes. After the initial polymerization, the residual amounts of feeds 1 and 2 were metered in over the course of 150 minutes and, after the end of feed 1, these were flushed with feed 1. Polymerization was continued for fifteen minutes, during which the temperature was set in the reaction vessel at 90 0 C. For neutralization, feed 3 was then metered in within 15 minutes and then the feeds 4 and 5 were added in parallel within 1 hour, after which stirring was continued for 15 minutes. The reaction mixture was then allowed to cool to 30 ° C. in the course of 90 minutes and, after reaching this temperature, feed 6 was added. Finally, the feeds 7 and 8 were also added successively at 30 0 C and then the reaction mixture was cooled to room temperature.
Tabelle 1 : AnalytikTable 1: Analytics
III. Anwendungstechnische BeispieleIII. Application examples
1. Herstellung von wässrigen Farben1. Preparation of aqueous paints
Die einzelnen Komponenten wurden in der Menge (Gewichtsteile) und Reihenfolge, wie in Tabelle 2 angegeben, unter Rühren mit einem Zahnscheibenrührer zudosiert. Dabei wurde vor der Zugabe der Dispersion D1 zunächst durch 15-minütiges Disper- gieren bei 1000 UpM eine Paste hergestellt und anschließend die restlichen Komponenten ebenfalls bei 1000 UpM zugegeben. Es wurde solange dispergiert, bis die Pigmentpaste glatt, d. h. frei von Klümpchen war. Dispersion D1 und die hyperverzweigten Polymere waren vorab bereits vermischt worden. Vergleichformulierung F1 enthielt kein hyperverzweigtes Polymer.The individual components were metered in the amount (parts by weight) and order, as indicated in Table 2, with stirring with a toothed disc stirrer. In this case, a paste was first prepared by dispersing at 1000 rpm for 15 minutes before the dispersion D1 was added, and then the remaining components were likewise added at 1000 rpm. It was dispersed until the pigment paste was smooth, ie free from lumps. Dispersion D1 and the hyperbranched polymers had already been mixed in advance. Comparative formulation F1 contained no hyperbranched polymer.
Tabelle 2: FarbformulierungenTable 2: Color formulations
Tabelle 3: Ergebnisse Table 3: Results
Brookfield-Viskosität bestimmt mit Spindel n°6 bei 23 0C, die Farbfilme wurden mit einem 60 μm Rakel ausgezogen, Stippennote : 0 (= sehr gut) bis 6 (= sehr schlecht) Brookfield viscosity determined with spindle n ° 6 at 23 0 C, the color films have been coated with a 60 .mu.m doctor blade, Stipp rating: 0 (= very good) to 6 (= very poor)

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerdispersion PD) mit verbesserter Gefrier-/Tau-Stabilität durch radikalische Emulsionspolymerisation wenigstens eines ethylenisch ungesättigten Monomers M) unter Zusatz wenigstens eines hochverzweigten Polymers.1. Process for the preparation of an aqueous polymer dispersion PD) with improved freeze-thaw stability by free-radical emulsion polymerization of at least one ethylenically unsaturated monomer M) with the addition of at least one highly branched polymer.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als hochverzweigtes Polymer wenigstens ein hyperverzweigtes Polymer als Zusatz eingesetzt wird.2. The method of claim 1, wherein as hyperbranched polymer at least one hyperbranched polymer is used as an additive.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das hyperverzweigte Polymer einen Verzweigungsgrad DB von 10 bis 95 %, bevorzugt 25 bis 90 %, insbesondere 30 bis3. The method according to claim 2, wherein the hyperbranched polymer has a degree of branching DB of 10 to 95%, preferably 25 to 90%, in particular 30 to
80 %, aufweist.80%.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hochverzweigten Polymere ausgewählt sind unter Polycarbonaten, Polyestern, Polyethern, Polyurethanen, Polyharnstoffen, Polyaminen, Polyamiden, Poly(harnstoff- urethanen), Poly(etheraminen), Poly(esteraminen), Poly(etheramiden), PoIy- (esteramiden), Poly(amidoaminen), Poly(estercarbonaten), Poly(ethercarbona- ten), Poly(etherestern), Poly(etherestercarbonaten) und Mischungen davon.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the highly branched polymers are selected from polycarbonates, polyesters, polyethers, polyurethanes, polyureas, polyamines, polyamides, poly (urea urethanes), poly (ether amines), poly (esteramines), poly (ether amides ), Poly (esteramides), poly (amidoamines), poly (ester carbonates), poly (ether carbonates), poly (ether esters), poly (etherester carbonates) and mixtures thereof.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem als hochverzweigtes Polymer ein hyperverzweigtes Polycarbonat, Poly(ethercarbonat), Poly(ester- carbonat) oder Poly(etherestercarbonat) oder ein Gemisch hyperverzweigter Po- lymere, das wenigstens ein hyperverzweigtes Polycarbonat, Poly(ethercarbonat),5. A process as claimed in any of claims 1 to 4, in which the hyperbranched polymer used is a hyperbranched polycarbonate, poly (ether carbonate), poly (ester carbonate) or poly (etherester carbonate) or a mixture of hyperbranched polymers containing at least one hyperbranched polycarbonate, poly (ether),
Poly(estercarbonat) oder Poly(etherestercarbonat) enthält, eingesetzt wird.Poly (ester carbonate) or poly (ether ester carbonate) is used.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Monomer M) ausgewählt ist unter Estern α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbon- säuren mit Ci-C2o-Alkanolen, Vinylaromaten, Estern von Vinylalkohol mit6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the monomer M) is selected from esters of α, ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with Ci-C2o-alkanols, vinylaromatics, esters of vinyl alcohol with
Ci-C3o-Monocarbonsäuren, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylidenhalogeniden, monoethylenisch ungesättigten Carbon- und Sulfonsäu- ren, phosphorhaltigen Monomeren, Estern α,ß-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C3o-Alkandiolen, Amiden α,ß-ethylenisch ungesättig- ter Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C3o-Aminoalkoholen, die eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweisen, primären Amiden α,ß-ethylenisch ungesättigter Monocarbonsäuren und deren N-Alkyl- und N,N-Dialkylderivaten, N-Vinyllactamen, offenkettigen N-Vinylamidverbindungen, Estern von Allylalkohol mit Ci-C3o-Monocarbonsäuren, Estern von α,ß-ethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren mit Aminoalkoholen, Amiden α,ß-ethylenisch ungesättigtenC 1 -C 30 -monocarboxylic acids, ethylenically unsaturated nitriles, vinyl halides, vinylidene halides, monoethylenically unsaturated carboxylic and sulfonic acids, phosphorus-containing monomers, esters of α, β-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 2 -C 3 -oxanediols, amides α, β-ethylenic unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C2-C3o-amino alcohols having a primary or secondary amino group, primary amides of α, ß-ethylenically unsaturated monocarboxylic acids and their N-alkyl and N, N-dialkyl derivatives, N-vinyl lactams, open-chain N -Vinylamidverbindungen, esters of allyl alcohol with Ci-C3o monocarboxylic acids, esters of α, ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with amino alcohols, amides α, ß-ethylenisch unsaturated
Mono- und Dicarbonsäuren mit Diaminen, welche mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweisen, N,N-Diallylaminen, N,N-Diallyl- N-alkylaminen, vinyl- und allylsubstituierten Stickstoffheterocyclen, Vinylethern, C2-C8-Monoolefinen, nicht aromatischen Kohlenwasserstoffen mit mindestens zwei konjugierten Doppelbindungen, Polyether(meth)acrylaten, Harnstoffgruppen aufweisenden Monomeren und Mischungen davon.Mono- and dicarboxylic acids with diamines which have at least one primary or secondary amino group, N, N-diallylamines, N, N-diallyl N-alkylamines, vinyl- and allyl-substituted nitrogen heterocycles, vinyl ethers, C 2 -C 8 monoolefins, nonaromatic hydrocarbons having at least two conjugated double bonds, polyether (meth) acrylates, urea group-containing monomers and mixtures thereof.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Emulsionspolymerisation mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, wenigstens eines Monomers M1 ) eingesetzt werden, das ausgewählt ist unter Estern α,ß-ethylenisch ungesättigter Mo- no- und Dicarbonsäuren mit Ci-C2o-Alkanolen, Vinylaromaten, Estern von Vinyl- alkohol mit Ci-C3o-Monocarbonsäuren, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinyl- halogeniden, Vinylidenhalogeniden und Mischungen davon.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least 40 wt .-%, preferably at least 60 wt .-%, more preferably at least 80 wt .-%, of at least one monomer M1) are used for the emulsion polymerization, which is selected from esters α , ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 1 -C 20 -alkanols, vinylaromatics, esters of vinyl alcohol with C 1 -C 3 -monocarboxylic acids, ethylenically unsaturated nitriles, vinyl halides, vinylidene halides and mixtures thereof.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei zusätzlich zur Emulsionspolymerisation bis zu 60 Gew.-%, bevorzugt bis zu 40 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 20 Gew.-% wenigstens eines Monomers M2) eingesetzt werden, das ausgewählt ist unter ethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren und den Anhydriden und Halbestern ethylenisch ungesättigter Dicarbonsäuren, (Meth)acrylamiden, Ci-Cio-Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, Ci-Cio-Hydroxyalkyl(meth)acrylamiden und Mischungen davon.8. The method according to claim 7, wherein in addition to the emulsion polymerization up to 60 wt .-%, preferably up to 40 wt .-%, particularly preferably up to 20 wt .-% of at least one monomer M2) are used, which is selected from ethylenic unsaturated mono- and dicarboxylic acids and the anhydrides and half esters of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids, (meth) acrylamides, Ci-Cio-hydroxyalkyl (meth) acrylates, Ci-Cio-hydroxyalkyl (meth) acrylamides and mixtures thereof.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zugabe des hochverzweigten Polymers im Anschluss an die Emulsionspolymerisation erfolgt.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the addition of the highly branched polymer takes place following the emulsion polymerization.
10. Wässrige Polymerdispersion PD), erhältlich durch ein Verfahren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 definiert.10. Aqueous polymer dispersion PD) obtainable by a process as defined in any one of claims 1 to 9.
1 1. Bindemittelzusammensetzung, enthaltend eine wässrige Polymerdispersion PD), erhältlich durch ein Verfahren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 definiert, we- nigstens ein hochverzweigtes Polymer und gegebenenfalls wenigstens ein weiteres filmbildendes Polymer.1 1. A binder composition containing an aqueous polymer dispersion PD) obtainable by a process as defined in any one of claims 1 to 9, at least one highly branched polymer and optionally at least one further film-forming polymer.
12. Beschichtungsmittel in Form einer wässrigen Zusammensetzung, enthaltend12. Coating composition in the form of an aqueous composition containing
- eine Bindemittelzusammensetzung, wie in Anspruch 11 definiert,a binder composition as defined in claim 11,
gegebenenfalls wenigstens einen anorganischen Füllstoff und/oder wenigstens ein anorganisches Pigment,optionally at least one inorganic filler and / or at least one inorganic pigment,
- gegebenenfalls weitere Hilfsmittel, und- If necessary, further aids, and
Wasser. Water.
13. Beschichtungsmittel nach Anspruch 12 in Form eines Anstrichmittels.13. Coating composition according to claim 12 in the form of a paint.
14. Anstrichmittel nach Anspruch 13 in Form eines Klarlacks.14. paint according to claim 13 in the form of a clearcoat.
15. Anstrichmittel nach Anspruch 13 in Form einer Dispersionsfarbe.15. paints according to claim 13 in the form of an emulsion paint.
16. Verfahren zur Verbesserung der Gefrier-/Tau-Stabilität einer wässrigen Polymerdispersion PD), die durch radikalische Emulsionspolymerisation wenigstens eines ethylenisch ungesättigten Monomers M) erhältlich ist, durch Zusatz wenigstens eines hochverzweigten Polymers.16. A method for improving the freeze / thaw stability of an aqueous polymer dispersion PD) obtainable by free-radical emulsion polymerization of at least one ethylenically unsaturated monomer M) by adding at least one highly branched polymer.
17. Verwendung wenigstens eines hochverzweigten Polymers, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, als Zusatzstoff für wässrige Polymerdispersionen zur Verbesserung der Gefrier-/Tau-Stabilität.17. Use of at least one highly branched polymer as defined in any one of claims 1 to 5, as an additive for aqueous polymer dispersions to improve the freeze / thaw stability.
18. Verwendung wenigstens eines hochverzweigten Polymers als Additiv für ein Produkt, das ein Emulsionspolymerisat auf Basis wenigstens eines ethylenisch ungesättigten Monomers M), wie in einem der Ansprüche 6 bis 8 definiert, enthält, zur Verbesserung der Gefrier-/Tau-Stabilität des Produkts.18. Use of at least one highly branched polymer as an additive for a product comprising an emulsion polymer based on at least one ethylenically unsaturated monomer M) as defined in any one of claims 6 to 8 for improving the freeze / thaw stability of the product.
19. Verwendung nach Anspruch 18 als Additiv für ein Anstrichmittel, insbesondere als Additiv für einen Klarlack oder eine Dispersionsfarbe.19. Use according to claim 18 as an additive for a paint, in particular as an additive for a clearcoat or an emulsion paint.
20. Verwendung einer wässrigen Polymerdispersion PD), die ein hochverzweigtes20. Use of an aqueous polymer dispersion PD), which is a highly branched
Polymer, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, als Zusatzstoff enthält, als Komponente in Anstrichmitteln. A polymer as defined in any one of claims 1 to 5 as an additive, as a component in paints.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2288577A1 (en) * 2008-06-03 2011-03-02 Basf Se Titanium dioxide composition comprising titanium dioxide nanoparticles, and preparation and use thereof
US8722796B2 (en) * 2010-01-20 2014-05-13 Basf Se Process for preparing an aqueous polymer dispersion
US8530567B2 (en) 2010-02-18 2013-09-10 Basf Se Polymer dispersion which comprises a highly branched polycarbonate having unsaturated fatty acid groups
EP2536777B1 (en) 2010-02-18 2016-04-20 Basf Se Polymer dispersion comprising a highly branched polycarbonate with unsaturated fatty acid groups
MX343093B (en) * 2011-04-06 2016-10-25 Stepan Co Multi-arm hydrophilic urethane polymers, methods of making them, and compositions and processes employing them.
WO2013016270A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Angus Chemical Company Aminoalcohol compounds and their use as zero or low voc additives for paints and coatings
ES2728360T3 (en) 2012-02-10 2019-10-23 Arkema Inc Latex binders useful in coating compositions with low VOC content or zero content
US10023690B2 (en) 2012-09-20 2018-07-17 Basf Se Hyperbranched phosphoric acid esters
CA2960100A1 (en) 2016-03-28 2017-09-28 Dow Global Technologies Llc Aqueous compositions having polyalkoxylate salts for improved open time
CA2960249A1 (en) 2016-03-28 2017-09-28 Dow Global Technologies Llc Aqueous compositions having polyalkoxylates for improved open time
WO2017222473A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 Nipsea Technologies Pte Ltd Anti-freeze agents
CN107523155A (en) * 2016-06-21 2017-12-29 立邦涂料(中国)有限公司 A kind of water-soluble polymer antifreeze
US11390675B2 (en) 2016-09-21 2022-07-19 Nextcure, Inc. Antibodies for Siglec-15 and methods of use thereof
US10053533B1 (en) 2017-04-13 2018-08-21 Presidium Usa, Inc. Oligomeric polyol compositions
CN109925589B (en) * 2019-03-05 2021-09-21 江苏长寿棒科技有限公司 Novel prostate expands and splits pipe
CA3162657A1 (en) * 2019-12-30 2021-07-08 Basf Coatings Gmbh Coatings containing branched polyester polyols as plasticizers
CN111962284A (en) * 2020-08-15 2020-11-20 绍兴兴隆染织有限公司 Printing and dyeing process of polyester fabric
KR102285155B1 (en) * 2021-01-15 2021-08-02 이규선 Paint composition and hybrid nano coating film formed therefrom
US11935705B2 (en) 2021-09-28 2024-03-19 Kemet Electronics Corporation Advanced polymer dispersion and a capacitor on its base

Family Cites Families (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1329126A (en) 1969-12-11 1973-09-05 Mitsubishi Rayon Co Acrylic fibre and a method for manufacturing the same
JPS5033767B1 (en) 1971-03-11 1975-11-04
DE2722097C3 (en) 1977-05-16 1981-09-17 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen (Meth) acryloxy-alkylpropanals, process for their preparation and use thereof
US4226007A (en) 1979-03-16 1980-10-07 Signode Corporation Sealless strap connection
US4269749A (en) 1979-04-30 1981-05-26 The Dow Chemical Company Method of imparting salt and/or mechanical stability to aqueous polymer microsuspensions
DE3721766A1 (en) * 1987-07-01 1989-01-12 Bayer Ag MIXTURES OF ELASTOMER-LATICES AND DISPERSIONS OF AROMATIC POLYCARBONATES, POLYESTERS OR POLYESTER CARBONATES AND PRODUCTS MADE THEREOF
DE4219384A1 (en) 1992-06-13 1993-12-23 Basf Ag Dispersion or solution which can be crosslinked at room temperature with hydroxylamines or oxime ethers
DE19524045A1 (en) 1995-07-01 1997-01-02 Basf Ag Highly functionalized polyurethanes
US5786429A (en) 1996-04-18 1998-07-28 Hercules Incorporated Highly branched polyamidoamines and their preparation
NL1007186C2 (en) 1997-10-01 1999-04-07 Dsm Nv ß-hydroxyalkylamide group-containing condensation polymer.
US6150468A (en) * 1998-11-12 2000-11-21 National Starch And Chemical Investment Holding Corporation Water soluble amphiphilic heteratom star polymers and their use as emulsion stabilizers in emulsion polymerization
GB9824932D0 (en) 1998-11-16 1999-01-06 Ici Ltd Coating composition
DE19947631A1 (en) 1998-12-22 2000-06-29 Bayer Ag Process for the preparation of highly branched polyols based on glycidol
DE19904444A1 (en) 1999-02-04 2000-08-10 Basf Ag Dendrimers and highly branched polyurethanes
SE514207C2 (en) 1999-03-23 2001-01-22 Perstorp Ab Hyperbranched dendritic polyether and process for its preparation
US6534590B1 (en) * 1999-10-29 2003-03-18 Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd. Silicone-grafted vinyl copolymer emulsion composition
US6569956B1 (en) 1999-12-22 2003-05-27 Basf Corporation Hyperbranched polyol macromolecule, method of making same, and coating composition including same
DE10013187A1 (en) 2000-03-17 2001-10-11 Basf Ag Highly functional polyisocyanates
EP1290036A1 (en) 2000-06-02 2003-03-12 National Starch and Chemical Investment Holding Corporation Water soluble ampiphilic heteroarm star polymers and their use as emulsion stabilizers in emulsion polymerization
DE10030869A1 (en) 2000-06-23 2002-01-03 Basf Ag Multifunctional polyisocyanate polyaddition products
US6692840B1 (en) 2000-09-15 2004-02-17 National Starch And Chemical Investment Holding Corporation Polymer coating for rubber articles
US6420479B1 (en) * 2000-12-29 2002-07-16 National Starch And Chemical Investment Holding Corporation Star polymer colloidal stabilizers
US6534600B2 (en) 2001-03-26 2003-03-18 Michigan Molecular Institute Hyperbranched polyureas, polyurethanes, polyamidoamines, polyamides and polyesters
DE10138216A1 (en) 2001-08-03 2003-02-20 Bayer Ag Production of aliphatic polycarbonate polymer e.g. poly(ether-carbonate) polyol, involves ring-opening polymerization of cyclic carbonate in the presence of double metal cyanide catalyst
DE10147712A1 (en) 2001-09-27 2003-04-17 Basf Ag Process for the production of aliphatic polycarbonates
DE10163163A1 (en) 2001-12-20 2003-07-03 Basf Ag Process for the production of highly functional, hyperbranched polyester by enzymatic esterification
SE524461C2 (en) 2002-01-25 2004-08-10 Perstorp Specialty Chem Ab Chain extended dendritic polyether, composition and use thereof
DE10204979A1 (en) 2002-02-06 2003-08-14 Basf Ag Process for the production of highly functional highly branched polyureas
DE10211664A1 (en) 2002-03-15 2003-10-02 Hyperpolymers Gmbh Preparation of highly branched polyols based on glycosides useful as an additive in paints and adhesives, additive and crosslinker in polymers, in cosmetics, preparation of nano particles and active substance carrier
DE10219508A1 (en) 2002-04-30 2003-11-13 Basf Ag Process for the production of highly functional, hyperbranched polyester
SE524961C2 (en) 2002-08-16 2004-11-02 Celanese Emulsions Norden Ab Waterborne copolymer dispersion and its use in coatings
DE10240817A1 (en) 2002-08-30 2004-03-11 Basf Ag Process for the production of hyperbranched, water-soluble polyester
SE524960C2 (en) 2003-02-12 2004-11-02 Celanese Emulsions Norden Ab Polymerization process at elevated pressure in the presence of dendritic polymer
SE526998C2 (en) 2003-07-01 2005-12-06 Celanese Emulsions Norden Ab Process for preparing an aqueous copolymer dispersion, and use thereof
DE10331770A1 (en) 2003-07-11 2005-02-03 Basf Ag Process for the preparation of hyperbranched polymers
KR101263138B1 (en) 2003-09-12 2013-05-15 바스프 에스이 Highly functional, highly branched or hyperbranched polycarbonates and the production and use hereof
DE10351401A1 (en) 2003-11-04 2005-06-09 Basf Ag Highly functional, highly branched polyureas
EP1692237A1 (en) 2003-12-04 2006-08-23 Basf Aktiengesellschaft Low-voc aqueous coating compositions with excellent freeze-thaw stability
DE102004006304A1 (en) 2004-02-09 2005-08-25 Basf Ag Highly functional, highly branched polyureas
DE102004039101A1 (en) 2004-08-11 2006-02-23 Basf Ag Process for the preparation of hyperbranched polyamides
MX2007010168A (en) 2005-02-21 2007-09-18 Basf Ag Active substance composition comprising at least one nitrogen atom-containing, hyperbranched polymer.
DE102005009166A1 (en) 2005-02-25 2006-08-31 Basf Ag Use of high-functional, hyper branched polycarbonate (obtained by preparing condensation products either by reacting organic carbonates with an aliphatic, aliphatic/aromatic or aromatic alcohol), as solvent auxilary agent
DE102005056592A1 (en) 2005-11-25 2007-05-31 Basf Ag Novel uncrosslinked, hyperbranched polylysines useful as e.g. adhesive aids, thixotropic agents or phase transfer agents are obtained by catalytic reaction of a salt of lysine with an acid and optionally with comonomers
DE102005060783A1 (en) 2005-12-16 2007-06-28 Basf Ag Highly functional, hyperbranched polymers and a process for their preparation
EP1999516A1 (en) 2006-03-22 2008-12-10 Basf Se Substrates coated with branched polyurethanes for electrophotographic printing processes
US7753998B2 (en) 2006-03-29 2010-07-13 Turtle Wax, Inc. Liquid polishing composition and kit
EP2015730A1 (en) 2006-04-28 2009-01-21 Basf Se Method for solubilising hydrophobic active substances in an aqueous medium
CN101448870A (en) 2006-05-19 2009-06-03 巴斯福涂料股份公司 Powder coating materials with high-functionality, highly branched or hyperbranched polycarbonates
CN101448903A (en) 2006-05-23 2009-06-03 巴斯夫欧洲公司 Use of hyperbranched polycarbonates as a dispersing agent for pigments
WO2007141171A1 (en) 2006-06-08 2007-12-13 Basf Se Composite materials on the basis of polyurethanes with improved adhesion
ES2611591T3 (en) 2006-07-20 2017-05-09 Basf Se Water-based varnishes with highly functional, highly branched or hyperbranched polycarbonates
BRPI0715474A2 (en) 2006-07-26 2012-02-28 Basf Se HYPER-RAMIFIED POLYCARBONATE, PROCESSES FOR PREPARING HYPER-RAMIFIED POLYCARBONATES, THERMOPLASTIC OR THERMO-RIGID AND POLYOXYMETHYLENE, AND USE OF ONE OR MORE HYPER-RAMIFIED POLYCARBONATES
US20080098927A1 (en) * 2006-10-26 2008-05-01 Xerox Corporation Pigmented phase change inks
EP2091995A1 (en) 2006-11-14 2009-08-26 Basf Se Highly-branched or hyper-branched polyester and the production and application thereof
EP2094789A1 (en) 2006-11-15 2009-09-02 Basf Se Layer materials with improved adhesion comprising elastic polyurethane binder and plastics granules
DE502007006564D1 (en) 2006-12-11 2011-04-07 Basf Se HIGH-ELASTIC POLYURETHANE FOAMING
BRPI0720198A2 (en) 2006-12-15 2013-12-31 Basf Se WATER POLYMER DISPERSION, PROCESS FOR PREPARING WATER POLYMER DISPERSIONS, USE OF WATER POLYMER DISPERSION, PAPER STRIP, AND PAPER OR PAPER.
KR20090097933A (en) 2006-12-15 2009-09-16 바스프 에스이 Polymer dispersions containing highly branched polycarbonates
BRPI0720406B1 (en) 2006-12-19 2018-10-16 Basf Se thermoplastic molding composition, and use thereof
US20100105943A1 (en) 2007-03-22 2010-04-29 Basf Se Hyperbranched polyesters

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009065867A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2008327942A1 (en) 2009-05-28
JP2011503336A (en) 2011-01-27
KR20100100891A (en) 2010-09-15
BRPI0820427A2 (en) 2015-05-26
CN101910207A (en) 2010-12-08
CN101910207B (en) 2013-04-24
US20100280165A1 (en) 2010-11-04
US8309646B2 (en) 2012-11-13
WO2009065867A1 (en) 2009-05-28

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