ES2321112T3 - Composiciones de resina curables por reaccion radicalica. - Google Patents

Composiciones de resina curables por reaccion radicalica. Download PDF

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Abstract

Composición de resina para el curado radicálico que comprende un componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas ("componente RU") y un componente que contiene grupos XH ("componente XH"), no siendo X C ni O, caracterizada porque a. la composición de resina está sustancialmente libre de fotoiniciadores; y b. el número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas del componente RU es mayor que 2; y c. al menos uno de los grupos XH del componente XH es un grupo tiol, y el número medio de grupos XH del componente XH es igual o mayor que 2; y/o d. al menos uno de los números medios de las insaturaciones o de los grupos XH respectivamente es mayor que 2; y e. como máximo 5% en moles de las insaturaciones reactivas es capaz de sufrir homopolimerización; y f. como máximo 5% en moles de las insaturaciones reactivas está presente en forma de un alquileno funcional mono-énico; y g. la relación molar de los grupos XH y de las insaturaciones reactivas está en el intervalo de 4:1 a 1:4; con la condición de que el componente RU no sea tris-(norborn-5-en-2-carboxi)propoxipropano.

Description

Composiciones de resina curables por reacción radicálica.
La presente invención se refiere a composiciones de resina para el curado radicálico, que comprenden un componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas (también denominado como el "componente de insaturaciones reactivas" o "componente RU"), y un componente que contiene grupos XH (también denominado como el "componente XH"), no siendo X C ni O. Como se quiere decir aquí, la expresión componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas ("componente RU") se refiere a compuestos capaces de estar implicados reactivamente en un proceso radicálico en condiciones de temperatura y presión ambientes. Como se quiere decir aquí, la expresión componente que contiene grupos XH ("componente XH") se refiere a compuestos que tienen un enlace X-H lábil (no siendo X un átomo de carbono ni de oxígeno) y capaces de estar implicados reactivamente en un proceso radicálico en condiciones de temperatura y presión ambientes.
La presente invención también se refiere a procedimientos para curar tales composiciones de resina, en particular mediante curado en frío. Y finalmente, la presente invención también se refiere a un nuevo procedimiento para la síntesis de ciertos componentes de aductos de Diels-Alder procedentes de la reacción de ciclopentadieno con un componente de resina que contiene al menos una insaturación carbono-carbono telequélica. Estos componentes de aductos de Diels-Alder se pueden usar de forma adecuada como el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas de las composiciones de resina según la invención.
Desde el documento WO 88/02902 se conocen composiciones de resina para el curado radicálico, que comprenden un componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas ("componente RU") y un componente politiólico (el componente XH) y una cantidad eficaz de un iniciador de radicales libres. Los ejemplos mostrados en dicha referencia se refieren todos a insaturaciones telequélicas, y se centran predominantemente en la fotoiniciación. Los dos únicos ejemplos mostrados para el curado térmico muestran tiempos prolongados requeridos para el curado. En particular, del Ejemplo 3 del documento WO 88/02902, se puede observar que -incluso después de 12 horas de curado- sólo se obtiene un gel. La formulación 5 del documento WO 88/02902 consiste en una mezcla del derivado terminado en bis-norborneno de Sartomer 351^{TM}, tris-1,2,3-(norborn-5-en-2-carboxi)propoxi-propano, tetratioglicolato de pentaeritritol, sacarina e hidroperóxido de cumeno; esta formulación es para uso como un pegamento, pero es completamente inadecuada para aplicaciones estructurales. En consecuencia, el documento WO 88/02902 no muestra nada en absoluto sobre el uso y/o ventajas posibles en aplicaciones de construcción, ni sobre redes curadas que se forman en el proceso de curado. En consecuencia, el uso de las composiciones de resina del documento WO 88/0292 está restringido aparentemente a la fotoiniciación y a aplicaciones adecuadas en pegamentos.
El documento EP-A-0156493 también describe composiciones de resina para el curado radicálico, que comprenden un componente tiólico e insaturaciones carbono-carbono reactivas. Sin embargo, este documento está restringido a (met)acrilatos, hasta una cantidad máxima de componente tiólico de 15% en peso, y requiere la presencia de vanadio. Las composiciones de resina del documento EP-A-0156493 se usan solamente para revestimientos.
El documento EP1099691A se refiere a compuestos de N-sulfoniloxiimida que son un fotoiniciador ácido, y a una composición de resina sensible a la radiación que contiene este compuesto. La composición del documento EP1099891A no contiene ningún componente XH, no siendo X C ni O.
El documento EP1153977A describe una composición de resina, una resina aglutinante para tóner, y un tóner, en la que no se emplea ningún componente XH, no siendo X C ni O.
El documento JP09052939 describe una composición de resina epoxídica, en la que no se emplea ningún componente XH, no siendo X C ni O.
El documento EP0336420A describe poliéteres aromáticos, composiciones de resina fluorescentes que contienen poliéteres aromáticos, y procedimientos para preparar poliéteres aromáticos, en los que no se emplean ningún componente XH, no siendo X C ni O, ni ningún componente RU.
El documento US4897438A describe una composición de resina sintética estabilizada, en la que no se emplea ningún componente XH, no siendo X C ni O, ni ningún componente RU.
El documento US4849486A describe una composición de resina de éter polifenilénico, en la que no se emplea ningún componente XH, no siendo X C ni O.
El documento JP62020556A describe una composición de resina de éter polifenilénico, en la que no se emplea ningún componente XH, no siendo X C ni O.
El documento JP55129416A describe una composición de resina epoxídica curable, en la que no se emplea ningún componente XH, no siendo X C ni O.
El documento JP53142456A describe una composición curable, en la que no se emplea ningún componente XH, no siendo X C ni O.
Los problemas encontrados con las composiciones de resina según la técnica anterior son, aparte de las desventajas mencionadas anteriormente, que las resinas curadas parecen ser inadecuadas para materiales de construcción y partes estructurales, y que las composiciones de resina no dan un curado rápido en reacciones de curado térmico y sufren la denominada inhibición por oxígeno. El curado de composiciones de resina de éster vinílico generalmente da como resultado productos curados que tienen una superficie pegajosa.
En consecuencia, existe una necesidad desde hace tiempo de proporcionar composiciones de resina que sean capaces de proporcionar materiales de construcción con superficies libres de pegajosidad mediante un curado radicálico rápido y ajustable, y sin ninguno de los problemas de la denominada inhibición por oxígeno.
Sorprendentemente, estos problemas se han superado proporcionando composiciones de resina para el curado radicálico que comprenden un componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas ("componente RU"), y un componente que contiene grupos XH ("componente XH"), no siendo X C ni O, en las que
a.
la composición de resina está sustancialmente libre de fotoiniciadores; y
b.
el número medio de instauraciones carbono-carbono reactivas del componente RU es mayor que 2; y
c.
al menos uno de los grupos XH del componente XH es un grupo tiólico, y el número medio de grupos XH del componente XH es igual o mayor que 2; y/o
d.
al menos uno de los números medios de las insaturaciones o de los grupos XH respectivamente es mayor que 2; y
e.
como máximo 5% en moles de las insaturaciones reactivas es capaz de sufrir la homopolimerización; y
f.
como máximo 5% en moles de las insaturaciones reactivas está presente en forma de un alquileno funcional mono-énico; y
g.
la relación molar de los grupos XH y de las insaturaciones reactivas está en el intervalo de 4:1 a 1:4;
con la condición de que el componente RU no sea tris-(norborn-5-en-2-carboxi)propoxipropano.
\vskip1.000000\baselineskip
Como resultado, se superan los problemas mencionados anteriormente. Además, se obtienen otras ventajas por cuanto las composiciones de resina curadas no muestran apenas contracción, incluso si las composiciones de resina comprenden (met)acrilatos. Como se quiere decir en el contexto de la presente invención, la expresión "sustancialmente libre de fotoiniciadores" significa que la composición no contiene ninguna cantidad significativa de iniciadores que se descomponen en radicales, al menos uno de cuyos radicales es un radical con centro en un carbono, bajo la influencia de radiación UV o de luz visible en el intervalo de temperaturas por debajo de 200ºC (pero no por descomposición térmica en dicho intervalo de temperaturas). Por supuesto, los fotoiniciadores también son capaces de descomponerse térmicamente en tales radicales, pero tal descomposición térmica se produce entonces a temperaturas por encima de 200ºC.
Para una mejor comprensión de la presente invención, se considera que son útiles las siguientes explicaciones con respecto a la terminología usada aquí.
La expresión insaturación carbono-carbono reactiva (RU), como se usa en esta Solicitud, incluye cualesquiera de enlaces dobles o enlaces triples carbono-carbono individuales (también denominados mono-alquenos o mono-alquinos); y cualesquiera de enlaces insaturados carbono-carbono dobles o triples conjugados (los ejemplos son dienos, trienos, etc., conjugados, y polienos conjugados; diinos, triinos, etc., conjugados; una RU puede ser también homoalílica, es decir, que tiene un enlace doble o triple \delta,\varepsilon-insaturado, próximo a un primer enlace insaturado carbono-carbono (\alpha,\beta; pero no necesariamente terminal).
El número medio de las RU se ha de distinguir de la funcionalidad por RU individual: un enlace alquénico tiene una funcionalidad de 1 (es decir, esto también se puede denominar "funcional mono-énico"); un enlace alquínico tiene una funcionalidad de 2 (es decir, es difuncional); un dieno conjugado (siendo uno RU) es asimismo difuncional; un trieno conjugado es trifuncional, etc. Los dienos no conjugados consisten en 2 RU, siendo cada una monofuncional. Por razones de claridad, se señala que las insaturaciones homoalílicas se consideran como insaturaciones conjugadas. Para las composiciones de resina según la invención, el número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas del componente RU es mayor que 2. Sin embargo, la funcionalidad de cada RU es igual o mayor que 1.
Las RU en el componente de resina pueden estar situadas en diversas posiciones allí. Tal posición se denomina telequélica si la RU está situada próxima (es decir, situada dentro de los 10 últimos átomos terminales) a un termino de cadenas (largas, es decir, > 10 átomos de longitud de cadena) de una molécula de resina. Por supuesto, en una molécula de resina puede haber más de una RU telequélica. Las posiciones de las RU se nombran como colgantes si están presentes telequélicamente en cadenas laterales cortas (es decir, en cadenas laterales de como máximo 10 átomos de longitud de cadena) de una molécula de resina que comprende al menos una cadena principal larga y una o más de tales cadenas laterales cortas. Las RU se nombran como RU de cadena principal si están presentes en una posición no telequélica en la cadena principal (y/o en una o más cadenas laterales) de la molécula de resina.
Las moléculas de resina se pueden denominar no ramificadas si constan de una cadena lineal de átomos, que puede estar sustituida con uno o más grupos laterales colgantes cortos (es decir, como máximo 10 átomos cada uno). Las moléculas de resina se nombran como ramificadas si tienen una cadena principal y una o más cadenas laterales (de más de 10 átomos cada una) unidas a dicha cadena principal. Las propias cadenas laterales también pueden estar ramificadas. El grado de ramificación de un componente de resina se puede indicar mejor por su número de ramificaciones. Un componente de resina no ramificada tiene un número de ramificación de 0. Si hay una cadena lateral larga (más de 10 átomos), el número de ramificaciones es 1; con dos cadenas laterales largas, el número de ramificaciones es 2, como es el caso cuando existe una cadena lateral larga, sustituida con otra cadena lateral larga. También son posibles números más elevados de ramificaciones, y se pueden evaluar contando las ramificaciones de cadenas laterales largas (es decir, > 10 átomos) unidas a la cadena principal y/o cadenas laterales largas. Se debería observar que las estructuras carbocíclicas dentro de un componente de resina no necesitan ser tomadas en cuenta cuando se determina el número de ramificaciones de un componente de resina. El número de posiciones telequélicas en una molécula de resina es dos veces mayor que el número de ramificaciones de tal molécula de resina.
Según la presente invención, para el componente XH, al menos uno de los grupos XH del componente XH debería de ser un grupo tiol, y el número medio de grupos XH significa el número de grupos XH por molécula de componente XH (si todas las moléculas del componente XH son idénticas) o la media ponderal del número de grupos XH (si el componente XH es una mezcla de compuestos que contienen grupos XH).
Como se quiere decir aquí, XH refleja cualquier enlace X-H lábil, representando X casi cualquier tipo de átomo, excepto átomos de carbono y de oxígeno. De este modo, X se puede escoger de una amplia variedad de elementos. En las moléculas del componente XH, puede haber más de un tipo de enlaces XH (es decir, puede haber más de un X). Los ejemplos de moléculas que contienen diferentes grupos XH son, por ejemplo, aminotioles. Por supuesto, también se pueden usar mezclas de componentes XH, con la condición de que al menos uno de los grupos XH del componente XH sea un grupo tiol.
Para calcular el % en moles de (un tipo específico de) las insaturaciones reactivas, primero se determina el número total (medio) de RU por molécula de componente de resina (esto representa 100% en moles de las RU), y después se determina el número de cualquiera de tal tipo específico de RU (por ejemplo, las telequélicas) y se divide entre dicho número total y se multiplica por 100%.
Se afirma que las RU son capaces de sufrir homopolimerización cuando están implicadas en la polimerización radicálica con RU del mismo tipo a temperatura y presión ambientes. Los ejemplos de componentes capaces de sufrir homopolimerización son, por ejemplo, acrilatos, metacrilatos e itaconatos. La copolimerización se produce en el contexto de la presente invención si se produce la formación de enlace de polimerización entre diferentes tipos de RU que reaccionan de forma radicálica en condiciones ambientales de temperatura y presión. Tales reacciones, por ejemplo, se producen en reacciones de fumaratos o maleatos, con éteres vinílicos, éteres alílicos, estireno o derivados con insaturación estirénica.
En las composiciones de resina según la invención, preferiblemente al menos uno de los números medios de las insaturaciones carbono-carbono reactivas o de los grupos XH respectivamente es mayor que 2,5. Incluso más preferiblemente, al menos uno de los números medios de las insaturaciones carbono-carbono reactivas o de los grupos XH respectivamente es mayor que 3.
Se logran buenos resultados con las composiciones de resina según la invención en composiciones de resina en las que la reacción molar de los grupos XH y de las insaturaciones carbono-carbono reactivas está en el intervalo de 1,5:1 a 1:1,5. Lo más preferible, la funcionalidad media por RU de las insaturaciones carbono-carbono reactivas está en el intervalo entre 1 y 2.
Como se ha mencionado anteriormente, la funcionalidad (por RU) se ha de distinguir del número de las RU: un enlace alquénico tiene un funcionalidad de uno (es decir, esto también se puede denominar "funcional mono-énico"); un enlace alquínico tiene una funcionalidad de dos (es decir, es difuncional); un dieno es igualmente difuncional; un trieno es trifuncional, etc.
Preferiblemente, en la composiciones de resina según la invención, los grupos XH están presentes en un componente XH o una mezcla de componentes XH que tiene un número medio de grupos XH por mol igual o mayor que 3. Más preferiblemente, los grupos XH están presentes en un componente XH que tiene un número medio de grupos XH por mol igual o mayor que 4.
Se prefiere particularmente que, en la composición de resina según la invención, el número medio de las insaturaciones carbono-carbono reactivas sea igual o mayor que 2,5, y más preferiblemente igual o mayor que 3, e incluso más preferiblemente igual o mayor que 4. Se logran excelentes resultados si la media de agregados del número medio de las insaturaciones carbono-carbono reactivas y del número medio de grupos XH es igual o mayor que 2,5. La media de agregados, como se quiere decir aquí, se puede calcular fácilmente tomando la mitad de la suma de las cifras para los números medios de las RU y de los grupos XH. Más preferiblemente, la media de agregados del número medio de las insaturaciones carbono-carbono reactivas y del número medio de grupos XH es igual o mayor que 3.
Aunque las composiciones de resina según la invención son adecuadas para ser curadas radicálicamente si el % en moles de insaturaciones carbono-carbono reactivas capaces de sufrir homopolimerización es 5% en moles o menos, dicho % en moles está preferiblemente en el intervalo de 0 a 1% en moles. Lo más preferible, dicho % en moles es mayor que 0. Esto es debido a que la presencia de grupos homopolimerizables tendrá un impacto favorable sobre la estabilidad de la composición con respecto a radicales que se puedan formar durante el almacenamiento, puesto que tales grupos homopolimerizables pueden ayudar a depurar tales radicales. Se debería observar que el % en moles de insaturaciones carbono-carbono reactivas capaces de sufrir homopolimerización para las composiciones de resina descritas en el documento EP-A-0156493 está muy por encima de 5% en moles. Las composiciones de resina según la presente invención son, ya por esa razón, completamente distintas de las descritas en el documento EP-A-0156493.
Además, y aunque las composiciones de resina de la invención, para obtener buenos resultados en el curado, pueden contener como máximo 5% en moles de las insaturaciones carbono-carbono reactivas en la composición de resina en forma de un alquileno funcional mono-énico, se prefiere que el % en moles de insaturaciones carbono-carbono reactivas presentes en forma de un alquileno funcional mono-énico esté en el intervalo de 0 a 1% en moles.
En las composiciones de resina según la invención, el componente XH se selecciona preferiblemente del grupo de componentes tiólicos, fosfínicos y amínicos. Lo más preferible, al menos uno de los grupos XH en el componente XH es un grupo tiol. Por ejemplo, en los párrafos [015], [016] y [017] de la memoria descriptiva del documento EP-B-1066335 se puede encontrar una larga lista de ejemplos de componentes tiólicos que se pueden usar en el contexto de la presente invención.
El componente XH en las composiciones de resina según la invención es preferiblemente un componente tiólico alifático. Más preferiblemente, el componente tiólico se selecciona del grupo de ésteres de \alpha-mercaptoacetato y/o ésteres de \beta-mercaptopropionato de mono-alcoholes, dioles, trioles, tetraoles, pentaoles y otros polioles, y/o de derivados de compuestos de mercaptoalquil-trialcoxisilano.
Como se ha mencionado anteriormente, las insaturaciones reactivas en el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas pueden estar presentes en diversos lugares de las moléculas (o mezclas de moléculas) del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas. Parte de las insaturaciones reactivas presentes en el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, por ejemplo, pueden estar presentes en su cadena principal. Para evitar dudas, la expresión cadena principal, como se quiere decir, incluye la cadena principal y todas las cadenas laterales largas de al menos 10 átomos de longitud de cadena, así como también todas las cadenas colgantes. Se prefiere que la parte de las insaturaciones carbono-carbono reactivas presentes en la cadena principal del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas corresponda a al menos un número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas igual o mayor que 1. Esto significa que, por ejemplo, si el número medio de las insaturaciones reactivas del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas es 2,5 ó 3, y el número medio de insaturaciones reactivas presentes en la cadena principal es igual a 1,2, entonces el número medio de insaturaciones reactivas no presentes en la cadena principal es 1,3 ó 1,8.
Parte de las insaturaciones reactivas presentes en el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas puede estar presente en un estructura cíclica o heterocíclica. Dicha parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas está presente preferiblemente en una estructura cíclica o heterocíclica de C_{5-12}, más preferiblemente en una estructura cíclica o heterocíclica de C_{7-9}, y corresponde a al menos un número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas igual o mayor que 1. Lo más preferible, la dicha parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas está presente en una estructura carbocíclica de C_{5-12}, preferiblemente una estructura carbocíclica de C_{7-9}. Las estructuras carbocíclicas no contienen ningún hetereoátomo en el anillo. Como se ha mencionado anteriormente, los anillos aromáticos no se consideran dentro de la definición de las estructuras anulares cíclicas o heterocíclicas que contienen una o mas insaturaciones reactivas.
Se prefiere particularmente que la dicha parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas presentes en una estructura cíclica o heterocíclica esté presente en una estructura bicíclica de C_{5-12}, más preferiblemente una estructura bicíclica de C_{7-9}. Los ejemplos de tales estructuras bicíclicas son diciclopentadieno, norborneno (es decir, biciclo-{2.2.1}-heptano), diciclopentadienos y norbornenos sustituidos, biciclo-{2.2.2}-octano, biciclo-{3.2.1}-octano, biciclo-
{3.2.3}-nonano. Se prefieren especialmente compuestos diciclopentadiénicos etilénicos anulares de 5 miembros.
Parte de las insaturaciones reactivas presentes en el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas puede estar presente en una posición telequélica en el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas. La expresión posición telequélica significa que las insaturaciones reactivas están presentes cerca de un término de una cadena principal o de una cadena lateral larga. La parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas presente en una posición telequélica en el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas corresponde preferiblemente a al menos un número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas igual o mayor que 1.
El componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, sin embargo, también puede ser un resultado de la polimerización con formación de cadenas laterales más largas, creando de ese modo tipos de polímero ramificado, comenzando cada cadena en un punto de ramificación que es una cadena polimérica por sí misma, o puede contener en parte tal polímero ramificado próximo a una cantidad de polímero lineal. Para las composiciones de resina según la invención, la parte de insaturaciones reactivas presentes en un componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas que contiene cadenas poliméricas ramificadas tiene un número de ramificaciones igual o mayor que 1, preferiblemente mayor que 1,5 y lo más preferible mayor que 2.
Según la invención, la ramificación no sólo puede estar presente en el componente que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas, sino también en el componente XH. Los ejemplos de tales componentes XH ramificados, en los que el grupo XH es un grupo tiol, son tris(3-mercapto-propionato) de trimetiloletano, tris(3-mercaptopropionato) de trimetilolpropano, tetra(3-mercaptopropionato) de pentaeritritol, hexa(3-mercaptopropionato) de dipentaeritritol, tri(3-mercaptopropionatos) de glicerol, trimercaptoacetato de trimetiloletano, trimercaptoacetato de trimetilolpropano, trimercaptoacetato de pentaeritritol, hexamercaptoacetato de dipentaeritritol, trivinilciclohexilpolimercaptano, ácido tritiocianúrico, y sus derivados etoxilados o propoxilados.
Los ejemplos de otros componentes XH adecuados son: polietilenaminas; fosfinas, difosfinas, polifosfinas, por ejemplo fenilfosfina, etanodifosfina, etanodi(fenilfosfina); fosfitos; tiofosfinas; aminofosfinas; y mezclas así como formas poliméricas de los mismos.
El componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas en las composiciones de resina según la invención se puede seleccionar del grupo de poliésteres totalmente etilenicamente insaturados conocidos por la persona experta para uso en aplicaciones estructurales. Sus ejemplos se pueden encontrar en el artículo de repaso mencionado anteriormente de M. Malik et al., quien describe una clasificación de tales resinas -en base a su estructura- en cinco grupos: (1) ortorresinas; (2) isorresinas; (3) fumaratos de bisfenol A; (4) cloréndicos, y (5) resinas de ésteres de vinilo. Además de estas clases de resinas, también se pueden distinguir las denominadas resinas diciclopentadiénicas (DCPD). Muchos de tales poliésteres insaturados están comercialmente disponibles a gran escala.
El componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas se selecciona preferiblemente de los
grupos de
(i)
ésteres o amidas de ácido fumárico, maleico, mesacónico, crotónico, cinámico y/o sórbico, y/o aductos de Diels-Alder de los mismos con compuestos diénicos; y
(ii)
aductos de Diels-Alder de ésteres o amidas de ácido acrílico, metacrílico o itacónico con compuestos diénicos; y
(iii)
compuestos diciclopentadiénicos etilénicos con anillos de 5 miembros.
Se logran resultados especialmente buenos cuando el aducto de Diels-Alder es un aducto con butadieno o ciclopentadieno. Los más preferidos son los aductos de Diels-Alder con ciclopentadieno. Cuando el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas es un aducto de Diels-Alder, se puede preparar realizando una reacción de formación de aducto de Diels-Alder sobre resinas de partida que contienen insaturaciones carbono-carbono reactivas. Como alternativa, sin embargo, se pueden preparar usando como material de partida para la preparación de resina un aducto de Diels-Alder procedente de compuestos monoméricos. En particular, se aplica el anhídrido biciclo-[2.2.1]-hept-5-en-2,3-dicarboxílico (el aducto de Diels-Alder de ácido maleico con ciclopentadieno), o el aducto de Diels-Alder correspondiente formado con grupos de ácido maleico en la resina. Tales resinas se pueden denominar entonces resinas HIMIC. Lo más preferible, el aducto de Diels-Alder se incorpora en la cadena principal del componente RU.
Es bien conocido que los poliésteres insaturados tales como se preparan, o como están comercialmente disponibles, pueden contener ciertas cantidades de diluyente a fin de mantenerlos fluidos o menos viscosos para simplificar su manipulación. Tales diluyentes pueden ser inertes para el componente que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas y/u otros agentes reaccionantes en la composición de resina, o pueden ser reactivos con ellos. En las composiciones de resina según la presente invención, además del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, preferiblemente también está presente un diluyente reactivo que contiene insaturaciones reactivas, en una cantidad de como máximo 25% en peso del componente que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas.
El cálculo del número medio de las RU de la composición de resina si está presente en ella un diluyente con insaturaciones carbono-carbono reactivas es fácil tomando la media ponderal de las RU para la composición de resina total, es decir, teniendo en cuenta los porcentajes en peso del componente RU y del diluyente que contiene las RU.
Se logran excelentes resultados cuando, en la composición de resina según la invención, al menos para parte de las insaturaciones carbono-carbono reactivas en el componente que contiene tales insaturaciones, la funcionalidad de las insaturaciones reactivas es mayor que 2.
Según la invención, como máximo el 5% en moles de las insaturaciones reactivas en el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas es capaz de sufrir homopolimerización. No obstante, las composiciones de resina de la invención, especialmente cuando la composición de resina comprende una mezcla de componentes que contienen insaturaciones reactivas, pueden contener, calculados como un porcentaje en peso, porcentajes aún relativamente elevados de componentes copolimerizables. Preferiblemente, como máximo el 50% en moles de la mezcla de componentes que contienen insaturaciones carbono-carbono reactivas es copolimerizable, más preferiblemente como máximo el 30% en moles. En otras palabras, preferiblemente más del 50% en moles de las insaturaciones reactivas en la mezcla de componentes que contienen tales insaturaciones, más preferiblemente más del 70% en moles de las mismas, está polimerizado para formar una red en el curado. Como se quiere decir aquí, el término copolimerizable refleja que tal componente puede reaccionar con otro componente polimerizable para formar un copolímero en condiciones ambiente de temperatura y presión. Los ejemplos de componentes que contienen enlaces dobles etilénicos y copolimerizables entre sí son grupos vinilo y fumaratos, grupos vinilo y maleatos, estireno con fumaratos o maleatos, (met)acrilatos y otros monómeros, y opcionalmente ciclopentadieno, grupos vinilo y HIMIC, etc. En general, tal reacción de copolimerización tiene lugar entre un enlace doble rico en electrones y un enlace doble pobre en electrones. Por supuesto, la copolimerización también puede ocurrir en enlaces triple carbono-carbono.
Adicionalmente, en las composiciones de resina según la invención, el peso molecular medio del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, y excluyendo las insaturaciones carbono-carbono reactivas opcionales procedentes del diluyente reactivo, preferiblemente está en el intervalo de al menos 500, preferiblemente al menos 1000, más preferiblemente al menos 2000, y como máximo 15000 Dalton. La expresión peso molecular medio del componente que contiene instauraciones reactivas refleja el M_{W} del dicho componente de resina como tal. En el cálculo del dicho peso molecular medio, por lo tanto, sólo se tiene en cuenta el componente que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas, pero no el diluyente reactivo que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas.
En algunos casos, sin embargo, puede ser mas conveniente calcular el peso molecular medio por insaturaciones reactivas presentes en la masa sumada del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas y del diluyente reactivo. El peso molecular medio por insaturación reactiva carbono-carbono presente en la masa sumada del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas y del diluyente reactivo es preferiblemente 150 Dalton o superior.
También se pueden realizar cálculos y/o caracterizaciones del peso molecular similares con respecto a los grupos XH en el componente XH. Como tal, se pueden distinguir tanto el peso molecular medio del componente XH, como el peso molecular medio por grupo XH presente en el componente XH. El peso molecular medio del componente XH está preferiblemente en el intervalo de al menos 200, más preferiblemente al menos 300, y como máximo 2500 Dalton. Además, el peso molecular medio por grupo XH presente en el componente XH es preferiblemente 100 Dalton o superior.
Las composiciones de resina según la invención también pueden contener sustancias que actúan como inhibidores (es decir, que evitan reacciones de curado prematuras), aceleradores (es decir, que aseguran que se produzca el curado -cuando se inicia- a una velocidad suficientemente elevada), y/o iniciadores (es decir, sustancias que, en condiciones apropiadas, son capaces de iniciar la reacción de curado). La persona experta está al tanto de la existencia de tales inhibidores, aceleradores e iniciadores a partir de la abundante bibliografía en el campo de la preparación y curado de resinas.
En particular, las composiciones de resina según la invención también contienen preferiblemente un inhibidor en una cantidad de 0,00001 a 5,0% en peso, calculado con respecto a la masa total de componentes que contienen insaturaciones carbono-carbono reactivas y grupos XH. Los inhibidores se seleccionan preferiblemente de los grupos de: (i) inhibidores fenólicos; (ii) inhibidores nitrosílicos, (iii) inhibidores fenotiazínicos; o (iv) cualquier combinación de inhibidores fenólicos y/o nitrosílicos y/o fenotiazínicos.
Los ejemplos adecuados de inhibidores que se pueden usar en las composiciones de resina según la invención son, por ejemplo, p-metoxifenol, 2,6-di-t-butil-4-metilfenol, catecol, 4-t-butilcatecol, 2,5-di-t-butilhidroquinona, 2,6-dimetilhidroquinona, 2,2,6,6-tetrametil-4-hidroxipiperidin-N-oxil(hidroxitempo), 3-carboxi-2,2,5,5-tetrametil-1-pirrolidinil-oxi(proxilo), aluminio-N-nitrosofenilhidroxilamina, fenotiazina y/o derivados o análogos de fenotiazinas, etc.
Además, las composiciones de resina según la invención también contienen preferiblemente un acelerador en una cantidad de 0,00001 a 5,0% en peso, calculada con respecto a la masa total de componentes que contienen insaturaciones carbono-carbono reactivas y grupos XH.
Los aceleradores adecuados que se pueden usar en las composiciones de resina según la invención se pueden seleccionar, por ejemplo, del grupo de acetilacetona, acetoacetato de etilo, N,N-dietil-acetoacetamida, y aceleradores aromáticos tales como dimetilanilina, dimetil-p-toluidina, di-i-propanol-p-toluidina (DipT).
Se pueden usar todos los peróxidos conocidos por la persona experta para uso en el curado de resinas de poliésteres insaturados y de resinas de ésteres vinílicos. Tales peróxidos incluyen peróxidos orgánicos e inorgánicos, ya sea sólidos o líquidos; también se puede aplicar peróxido de hidrógeno. Los ejemplos de peróxidos adecuados son, por ejemplo, peroxicarbonatos (de la fórmula -OC(O)O-), peroxiésteres (de la fórmula -C(O)OO-), peróxidos de diacilo (de la fórmula -C(O)OOC(O)-), peróxidos de dialquilo (de la fórmula -OO-), etc. También pueden tener naturaleza oligomérica o polimérica. En el documento US 2002/0091214-A1, párrafo [0018], por ejemplo, se puede encontrar una serie amplia de ejemplos de peróxidos adecuados. La persona experta puede obtener fácilmente información sobre los peróxidos y las precauciones a tomar en la manipulación de los peróxidos y las instrucciones dadas por los productores de peróxidos.
El peróxido se escoge preferiblemente del grupo de peróxidos orgánicos. Los ejemplos de peróxidos orgánicos adecuados son: hidroperóxidos de alquilo terciario (tales como, por ejemplo, hidroperóxido de t-butilo), y otros hidroperóxidos (tales como, por ejemplo, hidroperóxido de cumeno), peroxiésteres o perácidos (tales como, por ejemplo, perésteres de t-butilo, peróxido de benzoilo, peracetatos y perbenzoatos, peróxido de laurilo incluyendo (di)peroxiésteres), peréteres (tales como, por ejemplo, peroxidietiléter), percetonas (tales como, por ejemplo, peróxido de metiletilcetona). A menudo, los peróxidos orgánicos usados como agentes de curado son perésteres terciarios o hidropéroxidos terciarios, es decir, peroxicompuestos que tienen átomos de carbono terciarios directamente unidos a un grupo -O-O-alilo o -OOH. Claramente, en el contexto de la presente invención, también se pueden usar mezclas de estos peróxidos con otros peróxidos. Los peróxidos también pueden ser peróxidos mixtos, es decir, peróxidos que contienen dos restos cualesquiera diferentes que tienen peroxígeno en una molécula).
Lo más preferido, el peróxido es un peróxido líquido. La manipulación de peróxidos líquidos cuando se curan las resinas para su uso final es generalmente más fácil: tienen mejores propiedades de mezclamiento, y se disuelven más rápidamente en la resina a curar.
Los tipos y cantidades de inhibidor y/o acelerador se escogerán dependiendo del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas usado, y del iniciador a usar para el curado radicálico. Por ejemplo, generalmente se usarán aminas como acelerador cuando el curado se ha de realizar con un peréster o peranhídrido, tal como peróxido de benzoilo; o se escogerá un ligando de cobalto, manganeso o vanadio como acelerador cuando se vaya a usar en combinación con otros peróxidos distintos de peróxido de benzoilo. Sin embargo, dependiendo del tipo de los componentes RU y XH, también puede ser posible curar sin un acelerador.
Los aceleradores preferidos usados en las composiciones de las resina de la invención son una amina cuando se usan para curar en combinación con un compuesto de peréster y/o peranhídrido como iniciador para el curado, o una sal o complejo soluble de metales individuales o sus mezclas, seleccionados de cualquiera de cobalto, vanadio, cobre, hierro, manganeso o titanio, cuando se usa para curar en combinación con cualquier otro tipo de peróxido distinto de perésteres y/o peranhídridos como iniciador para el curado.
Las composiciones de resina según la invención son preferiblemente composiciones capaces de ser curadas con un iniciador de peróxido, más preferiblemente con un peróxido seleccionado del grupo de peróxidos líquidos y peróxido de benzoilo (sólido).
Además, la presente invención también se refiere a un procedimiento para el curado radicálico de una composición de resina como se describe aquí anteriormente, en el que tal composición de resina se trata -a una temperatura adecuada- con un peróxido, un azocompuesto, o un benzopinacol. El curado se realiza preferiblemente con un peróxido, o una combinación de ácido fosfórico y un benzopinacol. Se prefiere particularmente el curado con un benzopinacol, es decir, con el propio benzopinacol o un derivado del mismo que contiene el resto benzopinacólico, cuando las composiciones de resina se van a usar como compuestos de moldeo voluminoso (BMC) o compuestos de moldeo en laminas (SMC). El curado de compuestos politiólicos insaturados activados por calor se ha descrito ya desde hace tiempo en el documento US-A-4.020.233. Sin embargo, dicho documento se refiere a aplicaciones de revestimiento, etc., y no enseña ni sugiere la presente invención.
En particular, según la invención, este procedimiento para curar se lleva a cabo partiendo de un sistema de una composición de resina de dos componentes según cualquiera de las siguientes realizaciones:
a.
un primer componente que comprende el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, y el componente que contiene grupos XH, y opcionalmente un diluyente reactivo; y un segundo componente que comprende un peróxido;
b.
un primer componente que comprende el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, y opcionalmente un diluyente reactivo; y un segundo componente que comprende el componente que contiene grupos XH y un peróxido;
c.
un primer componente que comprende el componente que contiene grupos XH; y un segundo componente que comprende un peróxido y el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, y opcionalmente un diluyente reactivo, con la condición de que en esta realización c. el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas esté sustancialmente libre de insaturaciones reactivas homopolimerizables y/o copolimerizables.
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Los sistemas de composiciones de resina de dos componentes (primer componente más segundo componente) son bien conocidos por la persona experta en el campo de resinas estructurales y sus aplicaciones.
En particular, el curado se efectúa en el procedimiento de la invención a una temperatura en el intervalo de -20 hasta +200ºC, preferiblemente en el intervalo de -20 a +100ºC, lo más preferible en el intervalo de -10 a +60ºC. En este último intervalo de temperatura, más preferido, el proceso del curado también se puede denominar un proceso de curado en frío.
Las composiciones de resina y el procedimiento según la presente invención se pueden usar adecuadamente para proporcionar materiales que se usan en anclaje químico, tejados, suelos, (re)-forrado, SMC y BMC, y todo tipo de aplicaciones estructurales en las que es esencial la resistencia de los materiales curados.
Finalmente, la invención se refiere a un nuevo procedimiento para la síntesis de ciertos componentes de aductos de Diels-Alder a partir de la reacción de ciclopentadieno con un componente de resina que contiene al menos una insaturación carbono-carbono telequélica. Tales componentes se pueden usar adecuadamente, y lo más preferido, en una de las realizaciones de las composiciones de resina según la invención tal como se ha mencionado anteriormente. A saber, se ha encontrado una nueva ruta inventiva, y más conveniente, para la síntesis de tales componentes, por cuanto (i) en una primera etapa se añade diciclopentadieno a una temperatura muy por debajo de 150ºC a un componente de resina de poliéster insaturado que tiene al menos una insaturación carbono-carbono telequélica por molécula, en una cantidad de al menos 0,5 moles de diciclopentadieno por mol de enlaces insaturados carbono-carbono telequélicos en dicho material de partida de resina de poliéster insaturado; y (ii) en una segunda etapa, la mezcla obtenida en la primera etapa se calienta hasta una temperatura en el intervalo de 150 a 180ºC; y se deja reaccionar durante un tiempo suficiente para la conversión de los enlaces insaturados carbono-carbono telequélicos en el material de partida de resina de poliéster insaturado; y finalmente (iii) se elimina por evaporación el exceso de diciclopentadieno y
ciclopentadieno.
La temperatura muy por debajo de 150ºC, como se quiere decir aquí, puede ser cualquier temperatura en el intervalo desde la temperatura ambiente hasta dicho límite superior, pero preferiblemente se escogerá por debajo de 100ºC, más preferiblemente por debajo de 50ºC. Es más preferido que se añada el diciclopentadieno al componente de resina de poliéster insaturado a temperatura ambiente. El tiempo permitido para que la reacción alcance una conversión suficiente generalmente será menor que 5 horas, y a menudo menor que 2 horas. La persona experta puede determinar fácilmente el punto de tiempo en el que se considera que la conversión es suficiente evaluando si la evaporación de ciclopentadieno ha alcanzado un estado estacionario.
Esta nueva ruta es completamente sorprendente, puesto que la persona experta hubiera esperado que la etapa de calentamiento hasta una temperatura en el intervalo de 150 a 180ºC diese como resultado un producto gelificado. Esta ruta es particularmente adecuada para la síntesis de componentes de resinas que contienen norborneno telequélico. En consecuencia, y preferiblemente, el enlace insaturado carbono-carbono telequélico es un enlace (met)acrílico.
La invención se elucidará ahora por medio de una serie de ejemplos y ejemplos comparativos (para preparación de resinas), experimentos y experimentos comparativos respectivamente (para el curado de resinas), pero de ningún modo está restringida a las realizaciones específicas mostradas en los ejemplos y experimentos.
Las siguientes abreviaturas se usan en la parte experimental:
Abreviatura
Descripción
20S
Perkadox® 20S; un peróxido de benzoilo al 20% sobre talco, de Akzo, Países Bajos
BMP
bismercaptopropionato de butanodiol
bzpl
benzopinacol
CPD
ciclopentadieno
DBH
dibutilhidroquinona
DCPD
diciclopentadieno
DIPT
N,N-diisopropanoltoluidina
DMPT
N,N-dimetiltoluidina
HIMIC
anhídrido biciclo-[2.2.1]-hept-5-en-2,3-dicarboxílixo (el aducto de Diels-Alder de ácido maleico y ciclopentadieno)
M50
Butanox® M50; un peróxido de metiletilcetona de Akzo, Países Bajos
MA
anhídrido maleico
Mn
una disolución al 40% de 2-etilhexanoato de Mn en una mezcla de hidrocarburos parafínicos, cicloparafínicos y aromáticos, con un intervalo de destilación de entre 150 y 230ºC (white spirits); de ABCR GmbH & Co KG, Alemania
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NL-49
una disolución al 1% de Co (cobalto) en una mezcla de hidrocarburos parafínicos, cicloparafínicos y aromáticos, con un intervalo de destilación de entre 150 y 230ºC (white spirits); Akzo, Países Bajos
ph.ac.
ácido fosfórico
PMA
Mercaptoacetato de pentaeritritol
PMP
mercaptopropionato de pentaeritritol
Pt5A
ácido para-toluenosulfónico
TEGDVE
Trietilenglicol-divinil-éter
TMP
trimercaptopropionato de trimetilolpropano
TMP_{ox}
trimetilolpropano-oxetano
U626
Ultranox® 626 de Ciba (Suiza)
VN-2
una disolución al 0,2% de V (vanadio) en una mezcla de hidrocarburos parafínicos, cicloparafínicos y aromáticos, con un intervalo de destilación de entre 150 y 230ºC (white spirits); Akzo, Países Bajos
W_{RU}
peso molecular medio por insaturación reactiva
W_{XH}
peso molecular medio por grupo XH
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Parte A
Síntesis de componentes RU (Resinas A-J) para las composiciones de resina
Ejemplo 1
Síntesis de una resina funcional norbornenica (Resina A)
Un matraz de reacción equipado con un agitador, un condensador de reflujo y purga de nitrógeno se cargó, a temperatura ambiente, con 256 g de diacrilato de bisfenol A etoxilado (0,5 moles, que corresponden a 1 mol de enlaces dobles de acrilato), 130 g de DCPD (0,502 moles; que corresponden a 1,004 moles de CPD) y 0,5 g de DBH. La mezcla de reacción se calentó en 30 minutos con agitación a 170ºC, y se mantuvo a 170ºC durante 2 horas. Después de la evaporación del exceso de CPD a presión reducida, se obtuvo una resina clara. Esta resina, Resina A, contenía dos funcionalidades norbornénicas telequélicas, y tuvo un peso molecular medio por RU (W_{RU}) de 320 D.
Ejemplo comparativo A
Síntesis de una resina funcional norbornénica
Se repitió el Ejemplo 1, excepto en el momento de cargar los 130 g de DCPD. El DCPD se añadió ahora tan pronto como la temperatura alcanzó 170ºC. Sin embargo, mucho antes de que la temperatura hubiese alcanzado 170ºC, y que comenzase la reacción de Diels-Alder con DCPD, el diacrilato se convirtió en un gel, y la reacción con DCPD no pudo cambiar el estado gelificado.
Ejemplo 2
Síntesis de una resina funcionalizada con HIMIC de cadena principal y norbornénica telequílica, Resina B 2.a Síntesis de una resina intermedia, Resina B_{int1}
Un matraz de reacción equipado con un agitador, un condensador de reflujo y purga de nitrógeno se cargó con 1302 g de etilenglicol, 880 g de MA y 0,5 g de DBH. La mezcla de reacción se calentó hasta 100º C, y se mantuvo a esta temperatura durante 2 horas, después de lo cual se calentó hasta 170ºC y se mantuvo a 170ºC durante 2 horas. La mezcla se enfrió hasta 100ºC, y se añadieron 650 g de DCPD. Después, la mezcla de reacción se calentó hasta 180ºC y se mantuvo a esa temperatura durante 6 horas. Después de la evaporación del exceso de CPD a presión reducida, se obtuvo una resina clara. La resina intermedia, Resina B_{int1}, contenía en la cadena principal 1 RU (aducto de Diels-Alder de CPD con un éster maleico) y un W_{RU} de 285 D.
2.b Síntesis de una segunda resina intermedia, Resina B_{int2}
Un matraz de reacción equipado con un agitador, un aparato Dean-Stark y purga de nitrógeno se cargó con 270 g de Resina B_{int1} intermedia, 145 g de ácido acrílico, 80 g de tolueno, 4 g de pTSA, 0,5 g de DBH y 0,5 g U626, después de los cual el matraz de reacción se calentó hasta reflujo, y el agua se separó en el aparato Dean-Stark. Después de 4 horas no se eliminó más agua vía separación azeotrópica. La mezcla se agitó durante otra hora, y el tolueno se eliminó a vacío dando como resultado una segunda resina intermedia, Resina B_{int2}.
2.c Síntesis de Resina B
Se sustituyó el aparato Dean-Stark por un condensador de reflujo, y se añadieron 86 g de DCPD al intermedio obtenido, Resina B_{int2}. La mezcla de reacción se calentó en agitación hasta 170ºC, y se mantuvo a 170ºC durante 4 horas. Después, el exceso de DCPD se eliminó a vacío, después de lo cual se obtuvo la Resina B que contiene 2 RU telequílicas y 1 RU en la cadena principal. El W_{RU} es 220 D.
Ejemplo 3
Síntesis de una resina funcionalizada norbornénica ramificada, Resina C
Un matraz de reacción equipado con agitador, un condensador de reflujo y purga de nitrógeno se cargó con 100 g de triacrilato de trimetilolpropano etoxilado, 22 g de DCPD y 0,1 g DBH y 0,1 g de U626. La mezcla de reacción se calentó en agitación hasta 170ºC, y se mantuvo a 170ºC durante 2 horas. Después de la evaporación del exceso de CPD a presión reducida, se obtuvo una resina clara. La resina obtenida, Resina C, contenía 3 funcionalidades norbornénicas y un W_{RU} de 370 D.
Ejemplo 4
Síntesis de una resina funcional crotonílica, Resina D
Un matraz de reacción equipado con un agitador, un aparato Dean-Stark y purga de nitrógeno se cargó con 800 g de bisfenol A etoxilado, 440 g de ácido crotónico, 250 g de tolueno, 12 g de pTSA, 0,5 g de DBH y 0,5 g de U626, después de lo cual el matraz de reacción se calentó hasta reflujo, y el agua se separó en el aparato Dean-Stark. Después de 6 horas no se eliminó más agua vía separación azeotrópica. La mezcla se agitó durante otra hora, y el tolueno se eliminó a vacío dando como resultado la Resina D con 2 insaturaciones reactivas crotónicas telequílicas, con un W_{RU} de 290 D.
Ejemplo 5
Síntesis de una resina norbornénica a base de crotonilo, Resina E
Se repitió la síntesis de la Resina D y, después de la evaporación del tolueno, el aparato Dean-Stark se sustituyó por un condensador de reflujo. Se añadieron 260 g de DCPD, 1,1 g de DBH y 1,1 g de U626, después de lo cual la mezcla se calentó hasta 170ºC y se mantuvo a 170ºC durante 3 horas. Tras la evaporación del exceso de CPD a presión reducida, se obtuvo una resina clara. La resina, Resina E, contenía 2 RU bicíclicas, y tuvo un W_{RU} de 315 D.
Ejemplo 6
Síntesis de una resina funcional de maleato, Resina F
Un matraz de reacción equipado con un agitador, un aparato Dean-Stark y purga de nitrógeno se cargó con 606 g de bisfenol A etoxilado y 294 g de anhídrido maleico y 220 g de tolueno. La mezcla se calentó hasta 125ºC, y se mantuvo a 125ºC durante 1 hora. Se añadieron 1 g de pTSA, 0,5 g de DBH, 0,5 de U626, 100 g de tolueno y 244 g de butanol, después de lo cual el matraz de reacción se calentó hasta reflujo, y el agua se separó en el aparato Dean-Stark. Después de 3 horas no se eliminó más agua vía separación azeotrópica. La mezcla se agitó durante otra hora antes de añadir 6,5 g de TMP_{OX}, y la mezcla se agitó durante 30 minutos. El tolueno se eliminó a vacío, dando como resultado la Resina F con 2 RU de maleato telequélicas, y que tiene un W_{RU} de 315 D.
Ejemplo 7
Síntesis de una resina funcionalizada con HIMIC, Resina G
Se repitió la síntesis de la Resina F. Después de la evaporación del tolueno, el aparato Dean-Stark se sustituyó por un condensador de reflujo. Se añadieron 200 g de DCPD, 0,5 g de DBH y 0,5 g de U626, después de lo cual la mezcla se calentó hasta 170ºC y se mantuvo a 170ºC durante 2 horas. Después de la evaporación del exceso de CPD a presión reducida, se obtuvo una resina clara. La resina, Resina G, contenía 2 RU bicíclicas, y tuvo un W_{RU} de 380 D.
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Ejemplo 8
Síntesis de una resina funcionaliza con RU de cadena principal, telequélica con norboneno ramificada, Resina H
Un matraz de reacción equipado con un agitador, un aparato Dean-Stark, purga de nitrógeno y un aparato de vacío se cargó con 152 g de anhídrido de ácido tetrahidroftálico. Se añadieron 550 g de trimetilolpropano etoxilado, 302 g de ácido acrílico, 1 g de DBH, 1 g de fosfito de trinonilo, 10 g de pTSA y 150 g de tolueno, después de lo cual el matraz de reacción se calentó hasta reflujo a 115ºC en una presión de 900 mbar, y el agua se separó en el aparato Dean-Stark. Después de 6 horas no se eliminó más agua vía separación azeotrópica. La mezcla se agitó durante otra hora antes de añadir 10 g de TMP_{ox}, y la mezcla se agitó durante 30 minutos. El tolueno se eliminó a vacío dando como resultado el intermedio I_{H}.
El aparato Dean-Stark se sustituyó por un condensador de reflujo, y se añadieron 80 g de DCPD por 250 g de intermedio I_{H}. La mezcla de reacción se calentó en agitación hasta 170ºC, y se mantuvo a 170ºC durante 4 horas. Después, el exceso de DCPD se eliminó a vacío, después de lo cual se obtuvo una resina, Resina H, que contiene 4 RU telequélicas y 1 RU en la cadena principal, y que tiene un número de ramificación de 2. El W_{RU} es 235D.
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Ejemplo 9
Síntesis de una resina funcional con HIMIC, Resina I
Un matraz de reacción equipado con un agitador, un condensador de reflujo y purga de nitrógeno se cargó con
483 g de anhídrido biciclo-[2.2.1]-hepta-5-en-2,3-carboxílico y 112 g de propilenglicol. La mezcla de reacción se calentó en agitación hasta 200ºC, y se mantuvo a 200ºC durante 2 horas, después de lo cual se añadió 1 g de Fascat® 4101 (un catalizador de la transesterificación a base de organo-estaño, de Atofina Chemicals Inc., USA), 1 g de DBH y 1 g de U626, seguido de 450 g de propilenglicol. La reacción se mantuvo en agitación a 200ºC durante 7 horas adicionales, antes de enfriar hasta la temperatura ambiente, después de lo cual se obtuvo una resina, Resina I, que contiene de media 2 RU por molécula, con un W_{RU} de 280 D.
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Ejemplo 10
Síntesis de una resina funcional propargílica, Resina J
Un matraz de reacción equipado con un agitador, un condensador de reflujo y purga de nitrógeno se cargó con
444 g de diisocianato de isoroforona (IPDI) y 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño, después de lo cual se añadieron gota a gota 112 g de alcohol propargílico a una velocidad tal que la temperatura se mantuvo por debajo de 40ºC. Después de la adición del alcohol propargílico, la mezcla de reacción se agitó durante 30 minutos antes de que la temperatura se elevase hasta 70ºC. Después, se añadieron 1000 g de poliTHF1000 durante 30 minutos, y la mezcla de reacción se mantuvo a 70ºC durante 2 horas. Tras enfriar, se obtuvo una resina, Resina J, que contiene 2 RU telequélicas con una funcionalidad de 2 y un W_{RU} de 780 D.
Los ejemplos 1, 3, 5, 7 y 8, en comparación con el Ejemplo A, demuestran claramente la utilidad del nuevo procedimiento sintético inventivo para la reacción de Diels-Alder de una instauración telequélica con CPD vía craqueo in situ de DCPD.
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Parte B
Curado de las resinas B.1. Curado térmico
Las formulaciones para el curado térmico se prepararon mezclando los componentes, con agitación, durante 1 minuto, en las cantidades según se indican en la tabla 1 para los Experimentos 1-7 a continuación. Las mezclas obtenidas se vertieron entonces en un disco de aluminio, que se colocó entonces en un horno durante 1 hora. El efecto del curado se evaluó entonces mediante la formación de material sólido.
TABLA 1
1
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En todos los experimentos, con la etapa de curado de 1 hora, se obtuvo un material duro sólido.
Los Experimentos 1-7 demuestran que el curado térmico según la invención da como resultado materiales duros sólidos para un amplio intervalo de la relación de RU y XH. De hecho, también se pueden aplicar mezclas de resinas y diversos sistemas de curado en el curado térmico según la invención.
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B.2 Curado en frío
Las formulaciones para el curado en frío se prepararon mezclando los componentes, como se indica en las tablas más abajo, en un vaso de precipitados de plástico. El curado se monitorizó con un termopar. La temperatura pico da una buena indicación del curado. Los resultados se resumen en las siguientes tablas para los Experimentos respectivos (Tabla 2 para los Experimentos 8A-F; Tabla 3 para los Experimentos 9A-G; Tabla 4 para los Experimentos 10A-D; Tabla 5 para los Experimentos 11A-G; Tabla 6 para los Experimentos 12A-D).
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Experimentos 8A-F
Curado en frío con Resina A y PMP
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TABLA 2
2
Estos experimentos 8A-F muestran claramente que el curado en frío se puede lograr según la invención por medio de diversos métodos de curado (por ejemplo, usando cobalto o vanadio en combinación con un hidroperóxido), y a relaciones variables de RU y XH.
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Experimentos 9A-G
Curado en frío con Resina B y PMP
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TABLA 3
3
Estos experimentos 9A-G muestran que el curado en frío se puede lograr usando diversos peróxidos; también se muestra que se puede aplicar manganeso en combinación con un hidroperóxido, o una amina en combinación con peróxido de benzoilo. Además, el experimento 9F muestra que el curado se puede realizar en presencia de un inhibidor.
Experimento 10A-D
Curado de la Resina I con PMP en presencia de un inhibidor TABLA 4
4
Los experimentos 10A-D demuestran claramente que el tiempo de gel se puede ajustar usando inhibidores.
\vskip1.000000\baselineskip
Experimentos 11A-G
Curado en frío de diversas resinas con diferentes componentes XH, y a diferentes relaciones molares de RU frente a grupos XH TABLA 5
6
Experimento 11H
Se repitió el experimento 11F (Resina H, 66 partes; PMP, 34 partes) con una muestra de material que tiene un grosor de 5 cm. El curado en frío dio como resultado un producto completamente curado, a lo largo de toda la profundidad (5 cm) de la capa del material.
En consecuencia, los experimentos 11A-H demuestran que el curado en frío de diversas resinas con diferentes componentes XH, y a diferentes relaciones molares de RU frente a grupos XH, conduce a resultados excelentes.
Experimentos 12A-D
Curado con mezclas de Resinas y un diluyente reactivo (TEGDVE), copolimerizable con al menos una de tales Resinas TABLA 6
7
Se puede observar claramente que la copolimerización no tiene un efecto negativo sobre el curado para diferentes tipos de resinas en presencia de un diluyente reactivo.
C. Experimentos comparativos
Experimento comparativo A1
Una mezcla de 53 partes de resina A (2 RU) y 20 partes de BMP (2 XH), es decir, en una relación de RU frente a XH de 1:1, se sometió a curado en frío como en el Experimento 11A.
No se observó formación de red; el producto curado resultante no tuvo resistencia, y pareció ser un polímero débil.
Experimento Comparativo A2
Una mezcla de 53 partes de Resina A (2 RU) y 20 partes de BMP (2 XH), es decir, en una relación de RU frente a XH de 1:1, se sometió a curado térmico como en el Experimento 1.
No se observó formación de red; el producto curado resultante no tuvo resistencia, y pareció ser un polímero débil.
Experimento Comparativo B
Una mezcla de 40 partes de Resina E, 40 partes de TMP y 20 partes de estireno se sometió a curado en frío como en el Experimento 11A. El curado fue muy lento y pobre; la temperatura pico no alcanzó 40ºC. El producto curado resultante no tuvo resistencia en absoluto, y pareció ser un polímero débil.
Experimento Comparativo C
Se repitió el Experimento 11H (resina H, 66 partes; PMP, 34 partes), pero ahora en presencia de un fotoiniciador, a saber, 1% en peso de Irgacure® 184(Ciba; Suiza) con un muestra de material que tiene un grosor de 1 cm, y con el fotocurado bajo la influencia de una entrada de energía de 2J/cm^{2} usando bombillas Fusion F600 D. Este curado dio como resultado un producto curado completamente en la capa superior de 1 mm del material, mientras que la parte inferior de 9 mm siguió siendo líquida, y de este modo permaneció sin curar completamente.
Experimento Comparativo D
Una mezcla de 52 partes de Resina D, 38 partes de PMP, y 10 partes de acrilato de metilo se sometió al curado en frío con 6% de M50 y 3 partes de Mn como en el Experimento 11A. Esto dio como resultado un material con forma de gel blando después de diez minutos.

Claims (42)

1. Composición de resina para el curado radicálico que comprende un componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas ("componente RU") y un componente que contiene grupos XH ("componente XH"), no siendo X C ni O, caracterizada porque
a.
la composición de resina está sustancialmente libre de fotoiniciadores; y
b.
el número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas del componente RU es mayor que 2; y
c.
al menos uno de los grupos XH del componente XH es un grupo tiol, y el número medio de grupos XH del componente XH es igual o mayor que 2; y/o
d.
al menos uno de los números medios de las insaturaciones o de los grupos XH respectivamente es mayor que 2; y
e.
como máximo 5% en moles de las insaturaciones reactivas es capaz de sufrir homopolimerización; y
f.
como máximo 5% en moles de las insaturaciones reactivas está presente en forma de un alquileno funcional mono-énico; y
g.
la relación molar de los grupos XH y de las insaturaciones reactivas está en el intervalo de 4:1 a 1:4;
con la condición de que el componente RU no sea tris-(norborn-5-en-2-carboxi)propoxipropano.
2. Composición de resina según la reivindicación 1, caracterizada porque al menos uno de los números medios de las insaturaciones carbono-carbono reactivas o de los grupos XH respectivamente es mayor que 2,5.
3. Composición de resina según la reivindicación 1 a 2, caracterizada porque al menos uno de los números medios de las insaturaciones carbono-carbono reactivas o de los grupos XH respectivamente es mayor que 3.
4. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la relación molar de los grupos XH y de las insaturaciones carbono-carbono reactivas están en el intervalo de 1,5:1 a 1:1,5.
5. Composición de resina según la reivindicación 4, caracterizada porque la funcionalidad media por RU de las insaturaciones carbono-carbono reactivas está en el intervalo entre 1 y 2.
6. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los grupos XH están presentes en un componente XH o una mezcla de componentes XH que tienen un número medio de grupos XH por mol igual o mayor que 3.
7. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los grupos XH están presentes en un componente XH que tiene un número medio de grupos XH por mol igual o mayor que 4.
8. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el número medio de las insaturaciones carbono-carbono reactivas es igual o mayor que 2,5.
9. Composición de resina según la reivindicación 8, caracterizada porque el número medio de las insaturaciones carbono-carbono reactivas es igual o mayor que 3.
10. Composición de resina según la reivindicación 9, caracterizada porque el número medio de las insaturaciones carbono-carbono reactivas es igual o mayor que 4.
11. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la media de agregados del número medio de las insaturaciones carbono-carbono reactivas o del número medio de grupos XH es igual o mayor que 2,5.
12. Composición de resina según la reivindicación 11, caracterizada porque la media de agregados del número medio de las insaturaciones carbono-carbono reactivas y del número medio de grupos XH es igual o mayor que 3.
13. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque el % en moles de insaturaciones carbono-carbono reactivas capaces de sufrir homopolimerización está en el intervalo de 0 a 1% en moles.
14. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque el % en moles de insaturaciones carbono-carbono reactivas presentes en forma de un alquileno funcional mono-énico está en el intervalo de 0 a 1% en moles.
15. Composición de resina según cualquiera de la reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque el componente XH se selecciona del grupo de componentes tiólicos, fosfínicos y amínicos.
16. Composición de resina según la reivindicación 15, caracterizada porque al menos uno de los grupos XH en el componente XH es un grupo tiol.
17. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada porque el componente XH es un componente tiólico alifático.
18. Composición de resina según la reivindicación 17, caracterizada porque el componente tiólico se selecciona del grupo de ésteres de \alpha-mercaptoacetatos y/o ésteres \beta-mercaptopropionatos de monoalcoles, dioles, trioles, tetraoles, pentaoles y otros polioles, y/o de derivados de compuestos de mercaptopropalquil-trialcoxilano.
19. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada porque la parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas presentes en la cadena principal del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas corresponde a al menos un número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas igual o mayor que 1.
20. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque la parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas presentes en una estructura cíclica o heterocíclica de C_{5-12}, preferiblemente una estructura cíclica o heterocíclica de C_{7-9}, corresponde a al menos un número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas igual o mayor que 1.
21. Composición de resina según la reivindicación 20, caracterizada porque la dicha parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas está presente en una estructura carbocíclica de C_{5-12}, preferiblemente una estructura carbocíclica de C_{7-9}.
22. Composición de resina según la reivindicación 21, caracterizada porque la dicha parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas está presente en una estructura bicíclica de C_{5-12}, preferiblemente una estructura bicíclica de C_{7-9}.
23. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizada porque la parte de insaturaciones carbono-carbono reactivas presentes en una posición telequélica en el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas corresponde a al menos un número medio de insaturaciones carbono-carbono reactivas igual o mayor que 1.
24. Composición de resina según cualquiera de las reinvindicaciones 1 a 23, caracterizada porque al menos parte del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas tiene un número de ramificación igual o mayor que 1.
25. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizada porque el componente que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas se selecciona de los grupos de
(i)
ésteres o amidas de ácido fumárico, maleico, mesacónico, crotónico, cinámico y/o sórbico, y/o aductos de Diels-Alder de los mismos con compuestos dienicos; y
(ii)
aductos de Diels-Alder de ésteres o amidas de ácido acrílico, metacrílico o itacónico con compuestos diénicos; y
(iii)
compuestos diciclopentadiénicos etilénicos anulares de 5 miembros.
26. Composición de resina según la reivindicación 25, caracterizada porque el aducto de Diels-Alder es un aducto con butadieno o ciclopentadieno.
27. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, caracterizada porque, además del componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, también está presente un diluyente reactivo que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, en una cantidad de como máximo 25% en peso del componente que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas.
28. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizada porque, al menos para parte de las insaturaciones carbono-carbono reactivas en el componente que contienen tales insaturaciones, la funcionalidad de las insaturaciones reactivas es mayor que 2.
29. Composición de resina según cualquiera de la reivindicaciones 1 a 28, caracterizada porque la composición de resina comprende una mezcla de componentes que contienen insaturaciones carbono-carbono reactivas, de los cuales como máximo el 50% en moles de las insaturaciones reactivas es copolimerizable, preferiblemente como máximo el 30% en moles.
30. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizada porque el peso molecular medio del componente que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas, y excluyendo las insaturaciones carbono-carbono reactivas opcionales del diluyente reactivo, está en el intervalo de al menos 500, preferiblemente al menos 1000, más preferiblemente al menos 2000, y como máximo 15000 Dalton.
31. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 30, caracterizada porque el peso molecular medio por insaturación reactiva carbono-carbono presente en la masa total del componente que contiene insaturación carbono-carbono reactivas y del diluyente reactivo es 150 Dalton o superior.
32. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 31, caracterizada porque el peso molecular medio del componente XH está en el intervalo de al menos 200, preferiblemente al menos 300, y como máximo 2500 Dalton.
33. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 32, caracterizada porque el peso molecular medio por grupo XH presente en el componente XH es 100 o superior.
34. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 33, caracterizada porque la composición de resina también contiene un inhibidor en una cantidad de 0,00001 a 5,0% en peso, calculada con respecto a la masa total de componentes que contienen insaturaciones carbono-carbono reactivas y grupos XH.
35. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 34, caracterizada porque la composición de resina también contiene un acelerador en una cantidad de 0,00001 a 5,0% en peso, calculada con respecto a la masa total de componentes que contienen insaturaciones carbono-carbono reactivas y grupos XH.
36. Composición de resina según la reivindicación 35, caracterizada porque el acelerador es una amina cuando se usa para curar en combinación con un compuesto de peréster y/o peranhídrido como iniciador para el curado, o una sal o complejo soluble de metales individuales o mezclas de los mismos, seleccionados de cualquiera de cobalto, vanadio, cobre, hierro, manganeso o titanio, cuando se usa para el curado en combinación con cualquier otro peroxido como iniciador para el curado.
37. Composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 36, caracterizada porque la composición de resina es capaz de ser curada con un iniciador de peróxido, preferiblemente un peróxido seleccionado del grupo de peróxidos líquidos y peróxido de benzoilo (sólido).
38. Procedimiento para el curado radicálico de una composición de resina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 37, caracterizado porque la composición de resina se trata -a una temperatura adecuada- con un peróxido, un azocompuesto o un benzopinacol.
39. Procedimiento para el curado radicálico según la reivindicación 38, caracterizado porque el curado se lleva a cabo partiendo de un sistema de composición de resina de dos componentes según cualquiera de las siguientes realizaciones:
a.
un primer componente que comprende el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, y el componente que contiene grupos XH, y opcionalmente un diluyente reactivo; y un segundo componente que comprende un peróxido;
b.
un primer componente que comprende el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas, y opcionalmente un diluyente reactivo; y un segundo componente que comprende el componente que contiene grupos XH y un peróxido;
c.
un primer componente que comprende el componente que contiene grupos XH; y un segundo componente que comprende un peróxido y el componente que contiene las insaturaciones carbono-carbono reactivas, y opcionalmente un diluyente reactivo, con la condición de que en esta realización c. el componente que contiene insaturaciones carbono-carbono reactivas esté sustancialmente libre de insaturaciones carbono-carbono reactivas homopolimerizables y/o copolimerizables.
40. Procedimiento para el curado radicálico según cualquiera de las reivindicaciones 38 o 39, caracterizado porque el curado se efectúa a una temperatura en el intervalo de -20 a +200ºC, preferiblemente en el intervalo de -20 a +100ºC, lo más preferible en el intervalo de -10 a +60ºC.
41. Procedimiento para la síntesis de un componente de aducto de Diels-Alder a partir de la reacción de ciclopentadieno con un componente de resina que contiene al menos una insaturación carbono-carbono telequélica, caracterizado porque
en una primera etapa se añade diciclopentadieno a una temperatura muy por debajo de 150ºC a un componente de resina de poliéster insaturado que tiene al menos una insaturación carbono-carbono telequélica por molécula, en una cantidad de al menos 0,5 moles de diciclopentadieno por mol de enlaces insaturados carbono-carbono telequélicos en dicho material de partida de resina de poliéster insaturado, y porque
en una segunda etapa, la mezcla obtenida en la primera etapa se calienta hasta una temperatura en el intervalo de 150 a 180ºC, y se deja reaccionar durante un tiempo suficiente para la conversión de los enlaces insaturados carbono-carbono telequélicos en el material de partida de la resina de poliéster insaturado; y
finalmente, se elimina por evaporación el exceso de diciclopentadieno y ciclopentadieno.
42. Procedimiento según la reivindicación 41, caracterizado porque el enlace insaturado carbono-carbono telequélico es un enlace (met)acrílico.
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