ES2319252T3 - Oligomeros y polimeros telequelicos. - Google Patents

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ES2319252T3 ES00118125T ES00118125T ES2319252T3 ES 2319252 T3 ES2319252 T3 ES 2319252T3 ES 00118125 T ES00118125 T ES 00118125T ES 00118125 T ES00118125 T ES 00118125T ES 2319252 T3 ES2319252 T3 ES 2319252T3
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Abstract

Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos de fórmula HO-B''-Q-B'''' o HO-B''-Q-C-B'''' de peso molecular 500 < Mn < 10.000, en la que Q representa un resto hidrocarburo eventualmente sustituido de fórmula ** ver fórmula** en la que n es un número entero en el intervalo de 3 <= n <= 500 y en la que R'', R'''', R'''''' pueden ser independientemente entre sí H, (ciclo)alquilo C1-C20, arilo C6-C24, halógeno, CN, éster o amida (ciclo)alquílico C1-C20, éster o amida arílico C6- C24, pueden contener también otros sustituyentes como, por ejemplo, grupos éter y pueden ser también componente de una estructura de anillo, en un anhídrido, éster, amida o hidrocarburo cíclico, caracterizado porque se polimerizan A) monómeros polimerizables radicálicamente A, que no contienen grupos funcionales Y reactivos con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos de fórmula con CHR''=CR''''R'''''' B) un iniciador alcoxiamina funcionalizado B de fórmula estructural general ** ver fórmula**a en la que [-CR 1 -CR 2 R 3 -] se representa por B'', R 1 , R 2 , R 3 pueden ser independientemente entre sí hidrógeno, (ciclo)alquilo C1-C20, arilo C6-C24, halógeno, CN, éster o amida (ciclo)alquílico C 1-C 20, éster o amida arílico C 6-C 24, y [-ONR 4 R 5 ] se representa por B'''' o B'''''', R 4 , R 5 representan independientemente entre sí restos alifáticos, cicloalifáticos o alifáticos/aromáticos mixtos de 1-24 átomos de carbono que pueden ser también parte de un anillo de 4-8 miembros, en la que el átomo de carbono directamente adyacente al átomo de nitrógeno de alcoxiamina de los restos R 4 y R 5 está sustituido respectivamente con 3 sustituyentes orgánicos adicionales (no hidrógeno) o un átomo de carbono, oxígeno, azufre o nitrógeno unido por doble enlace y un sustituyente orgánico adicional (no hidrógeno), y en la que en el caso de B'''' al menos uno de los restos R 4 , R 5 contiene un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos, eventualmente en presencia o mediante la adición posterior de C) un reactivo de funcionalización C de fórmula general R 14 R 15 C=CR 16 (R 17 -Y), en la que R 17 representa una cadena alquilo lineal o ramificada, eventualmente sustituida, con una longitud mínima de 1 grupo metileno, y en la que R 14 , R 15 y R 16 representan independientemente entre sí hidrógeno o un resto alquilo eventualmente sustituido con arilo o halógeno.

Description

Oligómeros y polímeros telequélicos.
La invención se refiere a polímeros telequélicos basados en polimerizados de vinilo, a un procedimiento para su fabricación, así como a su uso en el campo de plásticos, fibras o lacas.
Se designan en general como polímeros telequélicos oligómeros lineales o polímeros lineales de bajo peso molecular con grupos funcionales en ambos extremos de la cadena; se encuentra una recapitulación integral sobre la fabricación de polímeros telequélicos en Adv. Polym. Sci., 1987, 81, 168. Tienen importancia, entre otras cosas, como aditivos y constituyentes (prepolímeros) para alargar copolímeros de alto peso molecular de estructura definida (por ejemplo, copolímeros de bloques, polímeros de tipo peine, polímeros de tipo estrella). Particularmente para el uso de polímeros telequélicos como constituyentes para copolímeros, es necesaria una bifuncionalidad lo más exacta posible. Las reacciones más conocidas para la fabricación de polímeros telequélicos, que presentan una funcionalidad exacta de 2, son reacciones de poliadición (por ejemplo, hasta poliuretanos, poliureas), policondensación (por ejemplo, hasta poliésteres, policarbonatos, poliamidas), así como polimerizaciones aniónicas o catiónicas con apertura de anillo de monómeros heterocíclicos (por ejemplo, ésteres, carbonatos, acetales o éteres cíclicos), eventualmente con reactivos de truncamiento que contienen los grupos funcionales deseados.
Para el uso en la industria de lacas, son de gran interés poliacrilatos telequélicos, es decir, copolímeros de acrilato de bajo peso molecular con dos grupos terminales funcionales definidos que pueden tomar parte en reacciones de reticulación, alargamiento de cadena y/o acoplamiento usadas habitualmente en la química de lacas.
Con ninguno de los procedimientos anteriormente descritos para la fabricación de polímeros telequélicos pueden fabricarse sin embargo copolímeros de poliacrilato telequélicos.
En la química polimérica, son conocidos distintos procedimientos para proporcionar compuestos de polivinilo o poliacrilato con grupos terminales funcionales. Las escisiones de cadena oxidativas (por ejemplo, con oxígeno, ozono así como tetróxido de osmio o rutenio) proceden de forma inespecífica y/o requieren dobles enlaces en las cadenas poliméricas como punto de ataque de la escisión. Sólo pocas veces puede conseguirse así una bifuncionalidad exacta. En caso de añadir en una polimerización radicálica un monómero en proporción calculada para funcionalidad dos que porte los grupos funcionales deseados, se obtiene una mezcla de productos con una funcionalidad media de dos, en la que están presentes moléculas bifuncionales junto con moléculas poliméricas tri- y polifuncionales, monofuncionales o también no funcionales. Esto se basa en el carácter estadístico de la polimerización radicálica y en una acción difícilmente controlable de las distintas reacciones de truncamiento.
En caso de utilizar, en lugar de monómeros portadores de grupos funcionales, iniciadores y/o reactivos de truncamiento que porten los grupos funcionales deseados (por ejemplo, compuestos diazo funcionalizados, peróxidos funcionalizados o iniciadores rédox), no se consigue por tanto en general una funcionalidad de 2, porque no puede controlarse selectivamente la relación de reacciones de truncamiento presentes en competición de desproporción, recombinación o truncamiento mediante radicales iniciadores o reactivo de truncamiento. En la denominada "polimerización terminal", se utiliza un exceso tan grande de un iniciador portador del grupo terminal deseado que prácticamente cada cadena polimérica se trunca con una molécula iniciadora y por tanto es bifuncional; sin embargo, se consiguen sólo pesos moleculares muy bajos y los productos generados son antieconómicamente caros debido a las grandes cantidades de iniciador.
En la telomerización, es decir, la polimerización de monómeros de vinilo o acrilato en presencia de reactivos de propagación de cadena con altas constantes de propagación de cadena, se consiguen igualmente sólo bajos pesos moleculares, y la aplicación permanece limitada a pocos casos (por ejemplo, polimerización en presencia de tetracloruro de carbono, dibromometano o disulfuros portadores de grupos funcionales). Ya que la desproporción no puede eliminarse completamente como reacción de truncamiento entre dos extremos de cadena activos, se encuentran funcionalidades de los polímeros telequélicos menores de 2. Al menos en el caso de compuestos halogenados, es necesaria también una reacción posterior análoga a la polimerización de los sustituyentes halógeno hasta los grupos funcionales deseados.
Los polimetacrilatos telequélicos pueden fabricarse mediante polimerización de transferencia de grupos con sililacetales de cadena, en los que los grupos terminales funcionales se forman mediante conversión de los grupos sililo. Son aquí desventajosos sin embargo los altos requisitos de pureza de monómero y disolvente, así como el precio y la disponibilidad de los iniciadores necesarios, con lo que dicho procedimiento sería aplicable sólo para aplicaciones especiales.
Es conocido por los documentos EP-A 0.613.910 y EP-A0 622.378 fabricar \alpha,\omega-polimetacrilatodioles mediante esterificación selectiva de grupos éster terminales de un polialquilmetacrilato \alpha-hidroxifuncional. Este procedimiento presenta varias desventajas. Por un lado, se fabrica el polialquilmetacrilato \alpha-hidroxifuncional mediante polimerización radicálica en presencia de altas cantidades de mercaptoetanol, lo que está ligado a un olor considerablemente desagradable. Por otro lado, se trata de un procedimiento multietapa, que consume energía y tiempo, que comprende la destilación del exceso de mercaptoetanol y del disolvente usado, la esterificación con un exceso de un diol en presencia de un catalizador, la separación destilativa del metanol, múltiples lavados del producto para la separación del catalizador y el diol en exceso, así como otras etapas de purificación. Además, esta reacción permanece limitada al uso exclusivo de metacrilatos de alquilo, ya que si no las reacciones de esterificación ya no proceden con suficiente selectividad en los grupos éster terminales de la cadena.
Representa también un caso especial sin amplitud de aplicación ni potencial económico la polimerización con apertura de anillo de heterociclos insaturados (por ejemplo, acetales de cadena cíclica, espiroortocarbonatos insaturados); dichos monómeros no están técnicamente disponibles.
En la publicación de Craig J. Hawker et al. "Radical Crossover in Nitroxide Mediated ``Living'' Free Radical Polymerizations", J. Am. Chem. Soc. (1996), 118(46), 11467-11471, se describen polímeros telequélicos monofuncionales (esquema 2= HOST) con un grado de funcionalización menor de 1, en los que el grupo funcional es seleccionable en un amplio intervalo mediante distintas modificaciones. A este respecto, no se trata de iniciadores de tipo HOSTOH; que permitirían la fabricación de polímeros telequélicos bifuncionales reactivos con grupos isocianato. Se trata más bien de polímeros telequélicos con una molécula de TEMPO como grupo terminal, que no pueden reaccionar, por ejemplo, con grupos isocianato en el sentido de una reacción de adición, sino que sólo son capaces de reacciones adicionales mediante activación radicálica/térmica progresiva. Por tanto, ninguno de los procedimientos indicados hasta ahora es adecuado para la fabricación de los poliacrilatos telequélicos deseados, ya que no se consigue la funcionalidad pretendida, el procedimiento permanece limitado a unos pocos casos especiales y/o son necesarias reacciones posteriores análogas a la polimerización. Es necesario un procedimiento de polimerización que posibilite con una operabilidad más sencilla un buen control de la polimerización y particularmente de los grupos terminales de la cadena polimérica. Es uno de dichos procedimientos la polimerización por radicales vivos.
La polimerización por radicales vivos representa un procedimiento relativamente nuevo de polimerización radicálica controlada. Une las ventajas de una polimerización radicálica convencional (procedimiento de síntesis sencillo, económico, amplia base monomérica) con las de una polimerización viva (polímeros con una estructura, peso molecular, distribución molecular y funcionalidad de grupos terminales definidos). El objetivo de un control exacto de la polimerización radicálica se consigue aquí mediante un truncamiento de cadena o bloqueo reversible ("bloqueamiento terminal") después de cada etapa de crecimiento. La concentración de equilibrio de los extremos de cadena activos para polimerización es a este respecto, en comparación con la concentración de equilibrio de los extremos de cadena bloqueados ("durmientes"), tan baja que las reacciones de truncamiento y propagación están fuertemente reprimidas frente a la reacción de crecimiento. Ya que el "bloqueamiento terminal" procede reversiblemente, permanecen todos los extremos de cadena "vivos", a condición de que no esté presente ningún reactivo de truncamiento. Esto posibilita el control del peso molecular, un índice de polimolecularidad bajo y una funcionalización selectiva de los extremos de cadena mediante reactivos de truncamiento.
Los primeros planteamientos para una polimerización radicálica controlada se describen usando disulfuros de teralquiltiuram en Otsu et al. (Makromol. Chem., Rapid Commun. 1982, 3, 127-132). No se describe aquí la fabricación de polímeros telequélicos cuyos grupos funcionales son capaces de una reacción o reticulación adicional con grupos funcionales comunes en la química de lacas.
Ofrece otro enfoque la ATRP (polimerización radicálica con transferencia de átomos), en la que un compuesto complejo de metal de transición ML_{X} extrae un átomo o grupo atómico X transferible (por ejemplo Cl, Br) de un compuesto orgánico RX con formación de un compuesto complejo oxidado ML_{X}X y un radical orgánico R\bullet, que se adiciona a un monómero vinílico Y formando el radical hidrocarburo RY\bullet. Este radical puede reaccionar con el compuesto complejo oxidado con transferencia de X a RYX y ML_{X}, que puede desencadenar una nueva ATRP y por tanto una etapa de crecimiento adicional. La especie activa de polimerización RY\bullet está por tanto bloqueada reversiblemen-
te mediante el grupo X extraíble con la ayuda del compuesto metal de transición que posibilita el proceso rédox.
Este planteamiento se describe, entre otros, por Sawamoto et al. (M = Ru, X = Cl; Macromolecules 1995, 282 1721; Macromolecules 1996, 29, 1070), Percec et al. (M = Cu, RX =halogenuro de arilsulfonilo); Macromolecules 1995 28, 7970), por la compañía Du Pont (M= Co (entre otros), R\bullet de R-N=N-R; documento WO 95/25765) y particularmente por Matyjaszewski et al. (documentos WO 96/30421, WO 97/18247). En los documentos citados por último, se describen también (co)polímeros con uno o dos grupos terminales funcionales, en los que estos grupos terminales se forman análogamente a polímeros a partir de los grupos terminales halogenuro presentes siempre al principio. Este procedimiento presenta sin embargo la desventaja de que para la fabricación de los polímeros telequélicos deseados según la verdadera reacción de polimerización, son necesarias una o varias etapas de reacción para transformar los grupos halogenuro en los grupos funcionales deseados, pudiendo permanecer intactos otros grupos como, por ejemplo, los grupos éster de monómeros acrilato. Además, el procedimiento de ATRP presenta la desventaja de que los polímeros deben separarse mediante un procedimiento de purificación costoso del sistema catalizador usado (Cu, bipiridina). Los residuos de Cu perjudican la coloración y el comportamiento de uso de los polímeros así obtenidos.
Son conocidos por el documento US-A 4581429 alcoxiaminas que se forman mediante reacción de nitróxidos lineales o cíclicos como, por ejemplo, 2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1-oxilo (TEMPO) con radicales basados en hidrocarburos orgánicos, así como un procedimiento para la fabricación de polímeros vinílicos usando estos iniciadores. A temperaturas >100ºC, el enlace C-ON puede escindirse reversiblemente con regresión al radical C ("especie activa") y al radical nitróxido estable. El equilibrio se desplaza a este respecto al lado de la alcoxiamina ("especie durmiente"). El resultado de esta reacción es una concentración radicálica estacionaria baja que conduce en la polimerización radicálica de monómenos vinílicos a que las reacciones de truncamiento bimoleculares estén cinéticamente penalizadas frente a la reacción de crecimiento unimolecular. Así, se eliminan en gran medida las reacciones secundarias y es posible un proceso de reacción "vivo" en la polimerización radicálica. Se describen igualmente grupos terminales hidroxifuncionales y se consiguen aquí mediante escisión reductora análoga a la polimerización de los grupos terminales TEMPO con Zn/ácido acético.
Describen la fabricación de polímeros vinílicos mediante polimerización radicálica viva ("polimerización por radical libre estable", SFRP en inglés) basada en alcoxiaminas Hawker et al. (J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11185; Macromolecules 1995, 28, 2993), así como Georges et al. (Xerox Comp., documentos US 5322912, US 5401804, US 5412047, US 5449724, WO 94/11412, WO 95/26987, WO 95/31484). Los radicales hidrocarburo se fabrican a este respecto mediante la adición de iniciadores radicálicos (peróxidos, iniciadores azo) a monómeros polimerizables radicálicamente; estos radicales se captan entonces in situ por TEMPO hasta alcoxiaminas. Estas alcoxiaminas representan los verdaderos iniciadores, ya que se escinden reversiblemente a radicales a temperaturas >100ºC y pueden así iniciar la polimerización de los monómeros dosificados. En la polimerización, el número de cadenas crecientes (y por tanto el peso molecular) está determinado entonces por la concentración de iniciadores alcoxiamina. Este procedimiento de polimerización ofrece frente a la ATRP la ventaja de liberación del metal, es decir, se omite aquí la costosa etapa de separación del catalizador de Cu y sus productos de reacción. Los polímeros telequélicos bifuncionales son obtenibles hasta ahora sólo mediante reacciones análogas a la cadena (escisión oxidativa del grupo terminal TEMPO). No se ha descrito hasta ahora la síntesis de polímeros telequélicos de poliacrilato cuyos grupos funcionales sean capaces de una reacción o reticulación adicional con grupos funcionales comunes en la química de lacas usando iniciadores alcoxiamina bifuncionales.
El documento WO 97/46593 describe la fabricación de polímeros de butadieno hidroxitelequélicos mediante SFRP. La polimerización de butadieno se realiza en presencia de H_{2}O_{2} y TEMPO en un disolvente polar. El H_{2}O_{2} reacciona como iniciador así como reactivo de terminación. Se obtienen oligómeros <3.000 con un índice de polimolecularidad de 1,3-3,4 y funcionalidades OH de 0,59-1,69. No se describe aquí el uso de iniciadores alcoxiamina funcionalizados y/o monómeros de acrilato o estireno.
No se describe en ninguno de los documentos o procedimientos del estado de la técnica indicados el uso de iniciadores alcoxiamina que portan adicionalmente grupos funcionales que son capaces de una reacción o reticulación adicional con grupos funcionales comunes en la química de lacas para la fabricación de copolímeros de poliacrilato telequélicos.
Era por tanto el objetivo de la presente invención la provisión de un procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos oligoméricos y poliméricos HO-B'-Q-B'' o HO-B'-Q-C-B''' que no presentaran las desventajas anteriormente citadas en el estado de la técnica. Se busca particularmente entonces un procedimiento que permita fabricar del modo más sencillo posible en una etapa de reacción sin purificación posterior un homo- o copolímero a partir de uno o varios monómeros vinílicos, particularmente monómeros acrilato y estireno, con peso molecular ajustado selectivamente y bajo índice de polimolecularidad y funcionalizarlo con dos grupos terminales funcionales (Y, OH) para funcionalizar, en el que Y representa un grupo funcional reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos. El polímero obtenido debe presentar además una estabilidad térmica suficiente para procesamiento a \geq 200ºC.
Este objetivo ha podido conseguirse mediante una (co)polimerización radicálica de monómeros olefínicamente insaturados de fórmula
CHR'=CR''R'''
en la que
R', R'', R''' pueden ser independientemente entre sí H, (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20}, arilo C_{6}-C_{24}, halógeno, CN, éster o amida (ciclo)alquílico C_{1}-C_{20}, éster o amida arílico C_{6}-C_{24}, pueden contener también otros sustituyentes, por ejemplo, grupos éter y también pueden ser componentes de una estructura de anillo, por ejemplo, en un anhídrido, éster, amida o hidrocarburo cíclico, según el procedimiento de polimerización radicálica "viva" SFRP en presencia de un iniciador alcoxiamina funcionalizada de fórmula estructural general I:
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1
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en la que
[-CR^{1}-CR^{2}R^{3}-] se representa por B',
R^{1}, R^{2}, R^{3} pueden ser independientemente entre sí H, (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20}, arilo C_{6}-C_{24}, halógeno, CN, éster o amida (ciclo)alquílico C_{1}-C_{20}, éster o amida arílico C_{6}-C_{24}, y
[-O-NR^{4}R^{5}] se representa por B'' o B''',
R^{4}, R^{5} representan independientemente entre sí restos alifáticos, cicloalifáticos o alifáticos/aromáticos mixtos de 1-24 átomos de carbono, que pueden ser también parte de un anillo de 4-8 miembros, en la que el átomo de carbono directamente adyacente al átomo de nitrógeno de alcoxiamina de los restos R^{4} y R^{5} está sustituido respectivamente con 3 sustituyentes orgánicos adicionales (es decir, no hidrógeno) o un átomo de carbono, oxígeno, azufre o nitrógeno unido por doble enlace y otro sustituyente orgánico (no hidrógeno), y en el que en el caso de B''' al menos uno de los restos R^{4}, R^{5} contiene un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos, eventualmente en presencia de o mediante la adición posterior de un reactivo de funcionalización, que trunca la cadena después del consumo de los monómeros y que porta al menos un doble enlace C=C y un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos.
Los polímeros obtenidos mediante este procedimiento portan 2 grupos funcionales integrados terminales: un extremo de cadena está sustituido con el grupo OH del iniciador alcoxiamina [-HO-B'-]; el segundo grupo funcional Y se introduce terminalmente en el polímero mediante el reactivo de funcionalización (variante 1, iniciador alcoxiamina monofuncionalizado [-C-B''']) o mediante el iniciador alcoxiamina (variante 2, iniciador alcoxiamina difuncionalizado [-B'']).
Son objeto adicional de la invención polímeros telequélicos basados en polimerizados de vinilo de peso molecular 200 < M_{n} < 50000, funcionalidad de 1,5 a 2,0 y un índice de polimolecularidad en el intervalo de 1,1 < M_{w}/M_{n} < 1,8), que contienen un grupo terminal hidroxilo y un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos.
Son también objeto de la invención plásticos, adhesivos o fibras, así como aglutinantes, componentes de aglutinantes, endurecedores o componentes de endurecedores que contienen los polímeros telequélicos según la invención o sus productos de reacción.
El procedimiento según la invención comprende dos variantes, que conducen a los polímeros telequélicos deseados HO-B'-Q-B'' o HO-B'-Q-C-B'''.
El procedimiento según la invención según la variante 1 incluye [HO-B'-Q-C-B'''] la (co)polimerización o (co)oligomerización de monómeros A adecuados mediante un iniciador alcoxiamina monofuncionalizado B de fórmula estructural general I, que aparte de sus grupos OH, no contiene otros grupos funcionales Y reactivos con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos, y en el que los restos R^{1} a R^{5} tienen el significado citado por lo demás en la fórmula I, seguido de una funcionalización de grupo terminal de este polímero mediante un reactivo de funcionalización C adecuado después del consumo completo de los monómeros.
El reactivo C porta a este respecto un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos y puede estar presente durante la polimerización o añadirse a la preparación después de un consumo considerablemente completo de los monómeros. Trunca la cadena polimérica que porta un extremo de cadena radicálico después de la reacción completa de los monómeros y conduce así a una funcionalización de grupos terminales del segundo extremo de cadena con el grupo funcional Y.
Y
se selecciona del grupo de unidades funcionales de fórmulas generales -OH, -CN, -COOH, -COOR^{18}, -SH, -NHR^{18}, -OCONHR^{19}NCO, -[O-CH_{2}-CHR^{20}-]_{m}-OH así como
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2
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\quad
en la que
R^{16}
representa hidrógeno o una cadena alquilo C_{1}-C_{6} lineal o ramificada y
R^{18}/R^{19} representa cualquier resto hidrocarburo C_{1}-C_{24} y
R^{20}
representa hidrógeno o un resto alquilo C_{1}-C_{24} y
m
puede ser 1 a 10.
\newpage
El procedimiento según la invención según la variante 2 [HO-B'-Q-B''] incluye el uso de iniciadores alcoxiamina difuncionalizados de fórmula estructural general I, en la que los restos R^{1} a R^{5} tienen el significado anteriormente citado; estos iniciadores alcoxiamina contienen sin embargo, a diferencia de la variante 1, obligatoriamente un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos. En esta variante, se obtiene sin el uso de un reactivo de funcionalización C adicional un polímero telequélico de la estructura deseada.
Según la invención, pueden utilizarse en los monómeros A polimerizables radicálicamente principalmente todas las olefinas polimerizables radicálicamente y olefinas sustituidas conocidas en el estado de la técnica. Se tienen en cuenta como sustituyentes, por ejemplo:
\bullet
H,
\bullet
restos alquilo lineales o ramificados de 1-20 átomos de carbono, que pueden portar eventualmente también otros sustituyentes,
\bullet
restos alquenilo o alquinilo lineales o ramificados \alpha,\beta-insaturados que pueden portar eventualmente también otros sustituyentes,
\bullet
restos cicloalquilo que pueden portar también heteroátomos como, por ejemplo, O, N o S en el anillo y eventualmente otros sustituyentes,
\bullet
restos arilo o heteroarilo eventualmente sustituidos,
\bullet
halógeno, CN, CF_{3}, COOR, COR.
\vskip1.000000\baselineskip
El doble enlace polimerizable radicálicamente puede ser también parte de un anillo como, por ejemplo, en olefinas cíclicas o anhídridos, ésteres, amidas o imidas olefínicamente insaturados.
Los monómeros utilizados preferidos comprenden: ésteres de ácido (met)acrílico de alcoholes C_{1}-C_{20}, acrilonitrilo, ésteres de ácido cianoacrílico de alcoholes C_{1}-C_{20}, diésteres de ácido maleico de alcoholes C_{1}-C_{6}, anhídrido de ácido maleico, vinilpiridinas, vinil(alquilpirroles), viniloxazoles, viniloxazolinas, viniltiazoles, vinilimidazoles, vinilpirimidinas, vinilcetonas, estireno o derivados de estireno que portan en la posición \alpha un resto alquilo C_{1}-C_{6} o halógeno y portan hasta 3 sustituyentes adicionales en el anillo aromático.
Se utilizan con especial preferencia acrilato de butilo, acrilato de 2-etilhexilo, metacrilato de metilo, metacrilato de butilo, metacrilato de ciclohexilo, metacrilato de isobornilo, anhídrido de ácido maleico o estireno. Puede utilizarse también cualquier mezcla de los monómeros anteriormente citados.
Según la invención, pueden utilizarse como componente B iniciadores alcoxiamina funcionalizados de fórmula estructural general I,
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3
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en la que
R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4} y R^{5} tienen el significado anteriormente citado, y en la que al menos uno de los restos R^{4}, R^{5} puede contener un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos.
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Preferiblemente, se utilizan iniciadores alcoxiamina de fórmula estructural general IIb:
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4
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en la que
R^{6} = H o CH_{3}, R^{7} es un resto benceno eventualmente sustituido o representa un grupo éster de fórmula -C(=O)OR^{13}, en la que R^{13} es un grupo alquilo (ciclo)alifático de 1-20 átomos de carbono, R^{8}, R^{9}, R^{10} y R^{11} pueden ser independientemente entre sí restos (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20} o arilo C_{6}-C_{24} o restos hidrocarburo alifáticos/aromáticos C_{7}-C_{24}, que pueden contener adicionalmente grupos ciano, grupos éter, grupos amida o grupos OH y también pueden ser parte de una estructura de anillo, y R^{12} es hidrógeno o contiene un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos, basado en los monómeros de acrilato y metacrilato, como se usan en los (co)polímeros de poliacrilato habitualmente en la tecnología de lacas.
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Se prefieren especialmente iniciadores alcoxiamina de fórmula estructural IIc:
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en la que
R^{6} = H o CH_{3}, R^{12} = H o uno de los grupos funcionales OH, NH_{2} o NHR, y R^{13} = CH_{3} o C_{4}H_{9}.
Que el iniciador alcoxiamina B usado porte o no un grupo funcional Y según la definición anteriormente citada depende de en cuál de las variantes de procedimiento (véase anteriormente) se utilice. En la variante 1, se usan iniciadores alcoxiamina B que están exentos de grupos funcionales Y según la definición anteriormente citada; en la variante 2, se usan iniciadores alcoxiamina B que contienen un grupo funcional Y según la definición anteriormente citada en uno de los restos R^{4}, R^{5} o R^{12}.
En el reactivo de funcionalización C, se trata de un compuesto de fórmula R^{14}R^{15}C=CR^{16}(R^{17}-Y), que contiene al menos un doble enlace olefínico y al menos un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos, en la que entre el doble enlace e Y debe estar presente un resto hidrocarburo R^{17} que representa una cadena alquilo lineal o ramificada, eventualmente sustituida, con una longitud mínima de 1 grupo metileno, y en la que R^{14}, R^{15} y R^{16} representan independientemente entre sí hidrógeno o un resto alquilo eventualmente sustituido con arilo o halógeno. En muchos casos, pero no preferiblemente, puede utilizarse también una mezcla de dichos compuestos.
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Preferiblemente, se selecciona el componente C de compuestos del grupo de
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en el que
R^{16} representa hidrógeno o una cadena alquilo C_{1}-C_{6} lineal o ramificada y R^{18} y R^{19} cualquier resto hidrocarburo C_{1}-C_{24}, R^{20} hidrógeno o un resto alquilo C_{1}-C_{24}, preferiblemente metilo, n= 1-4 y m= 1-10.
Se prefiere especialmente el uso de 2-propen-1-ol, 3-buten-1-ol, 4-penten-1-ol, 5-hexen-1-ol o sus derivados propoxilados obtenidos mediante la adición de 1-10 mol de óxido de propileno a los grupos OH.
El reactivo C puede estar presente durante la polimerización o añadirse a la preparación después de un consumo considerablemente completo de los monómeros; trunca la cadena polimérica portadora de extremos de cadena radicálicos después de la reacción completa de los monómeros y conduce así a una funcionalización de grupos terminales del segundo extremo de cadena con el grupo funcional Y.
Para la fabricación de los polímeros telequélicos deseados según el procedimiento según la invención, deben estar presentes los componentes monómero e iniciador alcoxiamina y eventualmente reactivo de funcionalización en una relación determinada.
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La relación de monómeros a iniciador de alcoxamina se rige por el peso molecular o grado de polimerización deseado del polímero telequélico. Ya que en el procedimiento según la invención se trata de una polimerización viva que está esencialmente exenta de reacciones de truncamiento o propagación, y el reactivo de funcionalización eventualmente utilizado (debido a su velocidad de reacción claramente menor con radicales en comparación con los monómeros) se adiciona sólo después del consumo de los monómeros a los extremos de cadena activos, puede calcularse fácilmente por el experto la concentración de iniciador [I] necesaria a una concentración de monómero de partida dada [Mo] y un consumo deseado x_{P} si se quiere conseguir un grado de polimerización P_{n}:
[I] = x_{p} \times [M]_{0} / P_{n}
en la que
x_{p} = ([M]_{0}-[M])/[M]_{0} representa la transformación y [M] la concentración de monómero actual a transformación x_{p}. A partir de esto, resulta evidente que pueden fabricarse según el procedimiento según la invención polímeros telequélicos de cualquier peso molecular. Preferiblemente, sin embargo, se regulan pesos moleculares de 200 < M_{n} < 50.000, con especial preferencia pesos moleculares de 500 < M_{n} < 10.000, con muy especial preferencia de 1.000 < M_{n} < 5.000. Los índices de polimolecularidad obtenidos son bastante bajos y se encuentran, en general, en el intervalo de 1,1 < M_{w}/M_{n} < 1,8, en la mayoría de los casos en el intervalo de 1,2 < M_{w}/M_{n} < 1,5.
En caso de usar un reactivo de funcionalización C (variante 1), se utiliza éste en una cantidad tal que corresponda a una relación molar de dobles enlaces C=C en el reactivo de funcionalización C a iniciador alcoxiamina B de al menos 1:1, preferiblemente al menos 5:1.
Los polímeros telequélicos según la invención presentan la fórmula general HO-B'-Q-B'' o HO-B'-Q-C-B''', en la que Q representa un resto hidrocarburo eventualmente sustituido de fórmula
8
en la que
n es un número entero en el intervalo de 3 \leq n \leq 500 y en la que R', R'', R''' pueden ser independientemente entre sí H, (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20}, arilo C_{6}-C_{24}, halógeno, CN, éster o amida alquílico C_{1}-C_{20}, éster o amida arílico C_{6}-C_{24}, pueden contener también otros sustituyentes como, por ejemplo, grupos éter y pueden ser también componente de una estructura de anillo, por ejemplo, en un anhídrido, éster, amida o hidrocarburo cíclico. Contienen un grupo hidroxi como grupo terminal [HO-B'-], en el que B' es un fragmento de alcoxiamina [-CR^{1}-CR^{2}R^{3}-], en el que
R^{1}, R^{2}, R^{3} pueden ser independientemente entre sí H, (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20}, o arilo C_{6}-C_{24}, halógeno, CN, éster o amida (ciclo)alquílico C_{1}-C_{20}, éster o amida arílico C_{6}-C_{24}, así como un fragmento de alcoxiamina adicional [-B'' o-B'''] de fórmula
9
en la que
R^{4}, R^{5} representan independientemente entre sí restos alifáticos, cicloalifáticos o alifáticos/aromáticos mixtos de 1-24 átomos de carbono, que pueden ser también parte de un anillo de 4-8 miembros, en la que el átomo de carbono directamente adyacente al átomo de nitrógeno de alcoxiamina de los restos R^{4} y R^{5} está sustituido respectivamente con 3 sustituyentes orgánicos adicionales (es decir, no hidrógeno) o un átomo de carbono, oxígeno, azufre o nitrógeno unido por doble enlace y otro sustituyente orgánico (no hidrógeno), y en la que en el caso de B'' al menos uno de los restos R^{4}, R^{5} contiene un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos,
y eventualmente un reactivo de funcionalización C de fórmula R^{14}R^{15}C=CR^{16}(R^{17}-Y),
en la que
R^{14}, R^{15}, R^{16} representan independientemente entre sí hidrógeno o un resto arilo o alquilo sustituido con halógeno y
R^{17} representa una cadena alquilo lineal o ramificada, eventualmente sustituida, con una longitud mínima de 1 grupo metileno.
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Los polímeros telequélicos según la invención presentan funcionalidades de 1,5 a 2,0, preferiblemente sin embargo de >1,8 a 2,0; nunca sin embargo >2,0. Uno de los dos grupos terminales puede presentarse también en forma derivatizada o protegida, en la que entonces las funcionalidades resultan de 0,7 a 1,0, preferiblemente de > 0,8 a 1,0.
La reacción según el procedimiento según la invención puede llevarse a cabo a temperaturas entre temperatura ambiente y 180ºC, preferiblemente entre 80 y 150ºC, con especial preferencia entre 90 y 130ºC. Puede llevarse a cabo exenta de disolventes (en monómero o mezcla de monómeros) así como en un disolvente orgánico conocido en la tecnología de lacas. Puede llevarse a cabo en aire o en una atmósfera de gas protector, preferiblemente se usa una atmósfera de gas protector (por ejemplo, nitrógeno o argón).
Los polímeros telequélicos según la invención HO-B'-Q-B'' o HO-B'-Q-C-B''' pueden utilizarse como constituyentes de copolímeros de bloques que están contenidos, por ejemplo, en plásticos, fibras, adhesivos o aglutinantes o componentes aglutinantes de agentes de recubrimiento. Según la naturaleza química de los plásticos, fibras, adhesivos o aglutinantes, así como las funcionalidades de los demás tuyentes allí contenidos, el grupo funcional Y del polímero telequélico puede seleccionarse de modo que proceda fácil y controladamente la reacción de síntesis hasta copolímero de bloques. Mediante la composición monomérica del bloque medio Q del polímero telequélico, pueden implantarse selectivamente propiedades como, por ejemplo, dureza, flexibilidad, hidrofobia, hidrofilia, incompatibilidades selectivas o funcionalidades adicionales.
Los polímeros telequélicos según la invención pueden utilizarse también no modificados según la funcionalidad Y como aglutinantes, componentes de aglutinantes, endurecedores o componentes de endurecedores en agentes de recubrimiento y adhesivos.
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Ejemplos
Todos los datos en % se refieren al peso.
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Fabricación de un polímero telequélico según la invención (Tabla 1):
Se añaden a un matraz de vidrio en atmósfera de nitrógeno 1 eq de iniciador alcoxiamina y a ello x eq de monómero (variantes 1 y 2) y eventualmente y eq de reactivo de funcionalización (variante 1). Se calienta la preparación en atmósfera de nitrógeno a la temperatura de reacción y se agita t h a esta temperatura. Después de ese tiempo, se extraen el monómero residual y eventualmente el reactivo de funcionalización a vacío.
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(Tabla pasa a página siguiente)
10
Monómeros usados: estireno, acrilato de metilo (MA), metacrilato de metilo (MMA), acrilato de n-butilo (BA), metacrilato de n-butilo (BMA), acrilato de terc-butilo (t-BA), metacrilato de terc-butilo (terc-BMA).
Iniciadores alcoxiamina usados:
11

Claims (12)

1. Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos de fórmula HO-B'-Q-B'' o HO-B'-Q-C-B''' de peso molecular 500 < M_{n} < 10.000, en la que Q representa un resto hidrocarburo eventualmente sustituido de fórmula
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en la que
n es un número entero en el intervalo de 3 \leq n \leq 500 y en la que R', R'', R''' pueden ser independientemente entre sí H, (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20}, arilo C_{6}-C_{24}, halógeno, CN, éster o amida (ciclo)alquílico C_{1}-C_{20}, éster o amida arílico C_{6}-C_{24}, pueden contener también otros sustituyentes como, por ejemplo, grupos éter y pueden ser también componente de una estructura de anillo, en un anhídrido, éster, amida o hidrocarburo cíclico, caracterizado porque se polimerizan
A) monómeros polimerizables radicálicamente A, que no contienen grupos funcionales Y reactivos con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos de fórmula
CHR'=CR''R'''
con
B) un iniciador alcoxiamina funcionalizado B de fórmula estructural general
13
en la que
[-CR^{1}-CR^{2}R^{3}-] se representa por B',
R^{1}, R^{2}, R^{3} pueden ser independientemente entre sí hidrógeno, (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20}, arilo C_{6}-C_{24}, halógeno, CN, éster o amida (ciclo)alquílico C_{1}-C_{20}, éster o amida arílico C_{6}-C_{24}, y
[-ONR^{4}R^{5}] se representa por B'' o B''',
R^{4}, R^{5} representan independientemente entre sí restos alifáticos, cicloalifáticos o alifáticos/aromáticos mixtos de 1-24 átomos de carbono que pueden ser también parte de un anillo de 4-8 miembros, en la que el átomo de carbono directamente adyacente al átomo de nitrógeno de alcoxiamina de los restos R^{4} y R^{5} está sustituido respectivamente con 3 sustituyentes orgánicos adicionales (no hidrógeno) o un átomo de carbono, oxígeno, azufre o nitrógeno unido por doble enlace y un sustituyente orgánico adicional (no hidrógeno), y en la que en el caso de B'' al menos uno de los restos R^{4}, R^{5} contiene un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos, eventualmente en presencia o mediante la adición posterior de
C) un reactivo de funcionalización C de fórmula general R^{14}R^{15}C=CR^{16}(R^{17}-Y), en la que R^{17} representa una cadena alquilo lineal o ramificada, eventualmente sustituida, con una longitud mínima de 1 grupo metileno, y en la que R^{14}, R^{15} y R^{16} representan independientemente entre sí hidrógeno o un resto alquilo eventualmente sustituido con arilo o halógeno.
2. Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos según la reivindicación 1, caracterizado porque se utilizan como componente A acrilato de butilo, acrilato de 2-etilhexilo, metacrilato de metilo, metacrilato de butilo, metacrilato de ciclohexilo, metacrilato de isobornilo, anhídrido de ácido maleico o estireno, o una mezcla de dichos monómeros.
3. Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos según la reivindicación 1, caracterizado porque se utilizan como componente B iniciadores alcoxiamina de fórmula I que, además de su grupo OH, no contienen grupos funcionales Y adicionales reactivos con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos y porque, antes, durante o después de terminada la polimerización, se añaden 1-5 equivalentes de componente C, referidos al componente B.
4. Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos según la reivindicación 3, caracterizado porque se utilizan como componente C uno o varios compuestos seleccionados del grupo de fórmulas
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en las que
R^{16} representa hidrógeno o una cadena alquilo C_{1}-C_{6} lineal o ramificada y R^{18} y R^{19} representan cualquier resto hidrocarburo C_{1}-C_{24}, R^{20} es hidrógeno o un resto alquilo, preferiblemente metilo, n = 1-4 y m = 1-10.
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5. Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos según la reivindicación 3, caracterizado porque se utilizan como componente C uno o varios compuestos seleccionados del grupo de 2-propen-1-ol, 3-buten-1-ol, 4-penten-1-ol, 5-hexen-1-ol o sus derivados propoxilados obtenidos mediante la adición de 1-10 mol de óxido de propileno al grupo OH.
6. Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos según la reivindicación 1, caracterizado porque se utilizan como componente B iniciadores alcoxiamina de fórmula I, en la que al menos uno de los restos R^{4}, R^{5} contiene un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos, y porque no se usa ningún reactivo de funcionalización C.
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7. Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos según la reivindicación 6, caracterizado porque se utilizan como componente B iniciadores alcoxiamina de fórmula IIb
15
en la que
R^{6} = H o CH_{3}, R^{7} representa un resto benceno eventualmente sustituido o un grupo éster de fórmula -C(=O)OR^{13}, en la que R^{13} es un grupo alquilo (ciclo)alifático de 1-20 átomos de carbono, R^{8}, R^{9}, R^{10} y R^{11} pueden ser independientemente entre sí restos (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20} o arilo C_{6}-C_{24} o restos hidrocarburo alifáticos/aromáticos C_{7}-C_{24} que adicionalmente contienen grupos ciano, grupos éter, grupos amida o grupos OH, y también pueden ser parte de una estructura de anillo, y R^{12} contiene un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos, basado en monómeros de acrilato y metacrilato.
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8. Procedimiento para la fabricación de polímeros telequélicos según la reivindicación 6, caracterizado porque se utilizan como componente B iniciadores alcoxiamina de fórmula IIc
16
en la que
R^{6} = H o CH_{3}, R^{12} es un grupo funcional OH, NH_{2} o NHR y R^{13} = CH_{3} o C_{4}H_{9}.
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9. Polímeros telequélicos basados en polimerizados de vinilo de peso molecular 200 < M_{n} < 50.000 y una funcionalidad de 1,5 a 2,0 y un índice de polimolecularidad en el intervalo de 1,1 < M_{w}/M_{n} < 1,8, que contienen un grupo terminal hidroxilo y un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos.
10. Polímeros telequélicos según la reivindicación 9 de fórmula general HO-B'-Q-B'' o HO-B'-Q-C-B''', que contienen un resto hidrocarburo Q eventualmente sustituido de fórmula
17
en la que
n es un número entero en el intervalo de 3 \leq n \leq 500,
R', R'', R''' pueden ser independientemente entre sí H, (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20}, arilo C_{6}-C_{24}, halógeno, CN, éster o amida alquílico C_{1}-C_{20}, éster o amida arílico C_{6}-C_{24},
un grupo hidroxi como grupo terminal [HO-B'-], en el que B' es un fragmento de alcoxiamina [-CR^{1}-CR^{2}R^{3}-], en el que
R^{1}, R^{2}, R^{3} pueden ser independientemente entre sí H, (ciclo)alquilo C_{1}-C_{20} o arilo C_{6}-C_{24}, halógeno, CN, éster o amida (ciclo)alquílico C_{1}-C_{20}, éster o amida arílico C_{6}-C_{24}, así como un fragmento de alcoxiamina adicional [-B'' o -B'''] de fórmula
18
en la que
R^{4}, R^{5} representan independientemente entre sí restos alifáticos, cicloalifáticos o alifáticos/aromáticos mixtos de 1 a 24 átomos de carbono, que pueden ser también parte de un anillo de 4-8 miembros, en el que el átomo de carbono directamente adyacente al átomo de nitrógeno de alcoxiamina de los restos R^{4} y R^{5} está sustituido respectivamente con 3 sustituyentes orgánicos adicionales (es decir, no hidrógeno) o un átomo de carbono, oxígeno, azufre o nitrógeno unido por doble enlace y un sustituyente orgánico adicional (no hidrógeno), y en la que en el caso de B'' al menos uno de los restos R^{4}, R^{5} contiene un grupo funcional Y reactivo con isocianatos, alcoholes, ácidos carboxílicos, anhídridos y/o epóxidos,
y eventualmente un reactivo de funcionalización C de fórmula R^{14}R^{15}C=CR^{16}(R^{17}-Y),
en la que
R^{14}, R^{15}, R^{16} representan independientemente entre sí hidrógeno o un resto alquilo eventualmente sustituido con arilo o halógeno y
R^{17} representa una cadena alquilo lineal o ramificada eventualmente sustituida con una longitud mínima de 1 grupo metileno.
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11. Plásticos, adhesivos y fibras que contienen polímeros telequélicos según la reivindicación 9 o sus productos de reacción.
12. Aglutinantes, endurecedores, así como componentes de aglutinantes y componentes de endurecedores que contienen polímeros telequélicos según la reivindicación 9 o sus productos de reacción.
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