KR20220139865A - 실란기-함유 분지형 중합체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 몰당량의 아이소사이아네이트기당 적어도 1의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 화학량론적 비로, (i) 적어도 1.5/1의 NCO/OH 몰비로 적어도 하나의 폴리에터 폴리올과 적어도 하나의 단량체 다이아이소사이아네이트의 반응으로부터 얻어진, 0.7중량% 내지 4중량% 범위 내에서 NCO 함량을 갖는 아이소사이아네이트기-함유 중합체와 (ii) 적어도 하나의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 반응으로부터 분자당 평균 적어도 2.1개의 실란기를 갖는, 실란-함유 분지형 중합체에 관한 것이다. 실란기-함유 중합체는 실온에서 저장-안정적인 액체이고, 조작이 용이하며, 우수한 가공성, 빠른 경화, 양호한 신장성과 결부된 고강도, 및 놀랍게도 양호한 열 안정성을 갖는 경화성 조성물을 허용한다. 상기 중합체는 수분-경화성 실란트, 접착제 또는 코팅의 구성성분으로서 특히 적합하며, 특히 추가적인, 특히 선형의 실란기 함유 중합체를 포함한다.
Description
본 발명은 경화성 조성물, 특히 수분-경화성 접착제, 실란트 또는 코팅에서 실란기-함유 중합체 및 이의 용도에 관한 것이다.
실란-작용기 또는 실란-말단 중합체로도 알려진 실란기-함유 중합체는 수분-경화성 접착제, 실란트 또는 코팅의 구성성분으로 알려져 있다.
실란기-함유 중합체에 대한 다양한 공지된 경로가 있다. 첫째로 알릴 에터-종결 폴리에터 폴리올의 수소규소화 반응(hydrosilylation)에 의해 얻어진 MS 중합체로 불리는 것이 있으며; 또한 아이소사이아네이토실란과 폴리에터 중합체와의 반응으로부터 얻어진 SPUR 중합체로 불리는 것이 있고; 마지막으로 폴리에터 폴리올과 단량체 다이아이소사이아네이트의 반응으로부터의 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체와 아미노- 또는 하이드록시실란의 반응으로부터의 실란기-함유 중합체가 있다.
후자는 기계적 특성, 특히, 높은 신장성(extensibility)과 결부된 양호한 강도에 대해 가장 큰 관심이 있다. 이의 제조를 위한 출발물질로서 작용하는 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체는, 예를 들어, US 6,545,087 또는 US 9,790,315에 기재된 약 2/1의 NCO/OH 비로 단량체 다이아이소사이아네이트와 폴리에터 다이올을 반응시킴으로써 제조된다. 이들은 상당한 양의 단량체 다이아이소사이아네이트와 사슬-연장 중합체를 함유하며, 이때, 둘 이상의 폴리에터 다이올이 단량체 다이아이소사이아네이트를 통해 현수된다. 이들 2차 구성성분때문에, 이들로부터 얻어진 실란기-함유 중합체는 높은 점성도를 갖고, 그 결과 이들은 실온에서의 조작을 더 용이하게 하기 위해 전형적으로 소량의 가소제로 희석된다. 그러나, 실란기를 함유하는 이들 중합체를 포함하는 조성물은 경화 후에, 특히, 80 또는 90℃ 이상의 온도에서 불량한 열 안정성을 나타낸다.
또한, 예를 들어, US 2014/187705로부터의 폴리에터 트라이올과 아이소사이아네이토실란의 반응으로부터의 실란기-함유 중합체가 공지되어 있다. 이들 중합체는 상당히 덜 점성이지만, 상당히 더 낮은 강도 및 신장성을 갖고, 또한 경화 후에 이들의 열 안정성이 만족스럽지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 강도 및 양호한 신장성과 함께 경화 후에 개선된 열 안정성을 허용하는 실란기-함유 중합체를 제공하는 것이다.
본 목적은 제1항에 청구되는 바와 같은 실란기를 함유하는 분지형 중합체에 의해 달성된다. 이는 아이소사이아네이트기에 대해 적어도 1/1의 화학량론적 비로, 폴리에터 트라이올로부터 제조된 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란과의 반응으로부터 얻어진다. 본 발명의 실란기-함유 중합체는 아이소사이아네이트기가 없다. 이는 분지되어 있으며, 분자당 평균 2개 초과의 실란기를 갖는다. 이는 추가로 적어도 하나의 추가적인, 특히 실란을 함유하는 선형 중합체를 포함하는 경화성 조성물에서 바람직하게 사용된다. 놀랍게도, 이는 조성물에서 강도 및 신장성의 임의의 주목할 만한 손실 없이 조성물의 열 안정성을 상당히 개선시킨다.
바람직한 실시형태에서, 단량체 다이아이소사이아네이트는 IPDI이다. 따라서 매우 과량의 NCO 및 후속적인 단량체 제거가 없을 때조차 실온에서 용이하게 조작될 수 있는 특히 낮은 점성도를 갖는 중합체가 제공된다. 이들은 특히 경화 후에 양호한 가공성 및 개선된 열 안정성을 가능하게 한다.
추가로 바람직한 실시형태에서, 단량체 다이아이소사이아네이트는 4,4'-MDI이며, NCO/OH 비가 적어도 3/1이고 후속적으로 비반응 단량체 다이아이소사이아네이트가 제거된 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체가 생산된다. 이러한 실란기를 함유하는 분지형 중합체는 상당히 더 점성이지만, 여전히 실온에서 조작하는 것이 용이하며, 실란기를 함유하는 선형 중합체를 갖는 경화성 조성물에서 사용될 때, 신장성의 손실 없이 개선된 열 안정성뿐만 아니라 상당히 증가된 강도를 허용한다.
본 발명의 실란기-함유 중합체는 실온에서 저장-안정적인 액체이고, 조작이 용이하며, 우수한 가공성, 빠른 경화, 양호한 신장성과 결부된 고강도, 및 놀랍게도 양호한 열 안정성을 갖는 경화성 조성물을 허용한다. 이는 수분-경화성 실란트, 접착제 또는 코팅의 구성성분으로서 특히 적합하며, 특히 추가적으로, 더욱 특별하게는 선형의 실란기 함유 중합체를 포함한다.
본 발명의 추가적인 양상은 추가적인 독립항의 대상이다. 본 발명의 특히 바람직한 실시형태는 종속항의 대상이다.
본 발명은, 몰당량의 아이소사이아네이트기당 적어도 1㏖의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 화학량론적 비로,
(i)
2.2 내지 3개 범위 내에서 평균 OH 작용기를 갖고 적어도 1.5/1의 NCO/OH 몰비로 15 내지 58㎎ KOH/g 범위 내에서 OH가(OH value)를 갖는 적어도 하나의 폴리에터 트라이올과 적어도 하나의 단량체 다이아이소사이아네이트의 반응으로부터 얻어진, 0.7중량% 내지 4중량% 범위 내에서 NCO 함량을 갖는 아이소사이아네이트기-함유 중합체와,
(ii)
적어도 하나의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란
의 반응으로부터 실란기를 함유하는 분지형 중합체를 제공한다.
"단량체 다이아이소사이아네이트"는 4 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 2가 탄화수소 라디칼에 의해 분리된 2개의 아이소사이아네이트기를 갖는 유기 화합물을 지칭한다.
"NCO 함량"은 아이소사이아네이트기의 중량% 함량을 지칭한다.
"유기실란" 또는 생략해서 "실란"은 적어도 하나의 실란기를 갖는 유기 화합물을 지칭한다.
"알콕시실란기" 또는 생략해서 "실란기"는 유기 라디칼에 결합되고 규소 원자 상에 1 내지 3개, 특히 2개 또는 3개의 가수분해 가능한 알콕시 라디칼을 갖는 실릴기를 지칭한다.
"아미노실란", "머캅토실란" 또는 "하이드록시실란"은 각각 실란기에 추가로 유기 라디칼 상의 아미노, 머캅토 또는 하이드록실기를 갖는 유기실란을 지칭한다.
"분자량"은 분자 또는 분자 잔기의 분자량(몰당 그램)을 지칭한다. "평균 분자량"은 올리고머 또는 중합체 분자 또는 분자 잔기의 다분산 혼합물의 수-평균 분자량(Mn)을 지칭한다. 이는 표준으로서 폴리스타이렌에 대해 겔-투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정된다.
반응기와 관련하여 용어 "몰비"는 대응하는 반응기의 몰당량 수의 비에 관한 것이다.
각 경우에 화학식의 파선은 치환체와 대응하는 분자 라디칼 사이의 결합을 나타낸다.
"가소제"는 경화 과정에서 중합체에 화학적으로 혼입되지 않고 경화 중합체 상에서 가소 효과를 발휘하는 비휘발성 물질을 지칭한다.
물질 또는 조성물은 실온에서 장기간 동안, 전형적으로, 적어도 3개월에서 최대 6개월 또는 더 긴 기간 동안 적합한 용기에 저장되고, 이런 저장이 이의 사용에 적절한 정도로 이의 도포 특성 또는 사용 특성에서의 임의의 변화를 야기하는 일이 없을 때, "저장-안정적" 또는 "저장 가능한" 것으로 지칭된다.
"실온"은 23℃의 온도를 지칭한다.
본 명세서에 언급된 모든 산업 표준 및 기준은 첫 번째 출원일에 유효한 형태에 관한 것이다.
중량 백분율(중량%)은 wt%로 약칭되며, 달리 언급되지 않는 한, 전체 조성물 또는 전체 분자를 기준으로 조성물 또는 분자 구성성분의 질량에 의한 비율을 지칭한다. 용어 "질량"과 "중량"은 본 문헌에서 동의어로 사용된다.
본 발명의 실란기-함유 중합체는 아이소사이아네이트기가 없다.
이는 특히 실온에서 액체이다.
실란기를 함유하는 분지형 중합체는 바람직하게는 가소제를 적은 함량으로만 갖는다. 이는 특히 15중량% 미만, 바람직하게는 12미만%의 가소제를 함유한다. 더 바람직하게는 가소제가 완전히 없다. 이러한 중합체는, 경화성 조성물에 사용될 때, 조성물에 가소제가 함유되는지, 얼마나 많이 함유되는지, 어떤 가소제가 함유되는지에 따라 높은 자유도를 허용한다.
실란기를 함유하는 분지형 중합체는 바람직하게는 하기 화학식 (I)의 실란기를 갖는다:
식 중,
b는 0, 1 또는 2, 특히 0 또는 1이고,
R1은 선택적으로 에터기를 함유하고 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이고,
R2는 선택적으로 환식 및/또는 방향족 모이어티를 갖는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖고 선택적으로 하나 이상의 헤테로원자를 갖는 2가 하이드로카빌 라디칼, 특히, 아미도, 카바메이트 또는 몰폴리노기이며, 그리고
X는 O, S 또는 NR3이며, 여기서, R3은 선택적으로 알콕시실릴, 에터 또는 카복실산 에스터기의 형태로 헤테로원자를 갖는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 1가 하이드로카빌 라디칼 또는 H이다.
바람직하게는, R1은 메틸 또는 에틸 또는 아이소프로필이다.
더 바람직하게는, R1은 메틸이다. 실란기를 함유하는 이런 종류의 중합체는 특히 반응성이다.
또한 더 바람직하게는, R1은 에틸이다. 실란기를 함유하는 이러한 중합체는 특히 저장-안정적이며 독성학적으로 유리하다.
바람직하게는, X는 O 또는 NR3이다.
바람직하게는, R3은 H, 에틸, 뷰틸, 페닐이거나 또는 선택적으로 에터 또는 카복실산기를 갖는 6 내지 20개의 탄소원자를 갖는 지방족 하이드로카빌 라디칼이다.
X = NR3일 때, R2는 바람직하게는 1,3-프로필렌, 1,3-뷰틸렌 또는 1,4-뷰틸렌이며, 여기서, 뷰틸렌은 1 또는 2개의 메틸기, 더 바람직하게는 1,3-프로필렌에 의해 치환될 수 있다.
화학식 (I)의 바람직한 실란기는 높은 신장성과 결부된 높은 강도를 허용한다.
화학식 (I)의 실란기 외에, 실란기를 함유하는 분지형 중합체는 바람직하게는 화학식 (I)에 대응하지 않는 추가적인 실란기를 갖지 않는다. 특히, 이는 아이소사이아네이토실란을 통해 폴리에터 트라이올에 직접 부착된 아이소사이아네이트기를 갖지 않는다. 아이소사이아네이토실란을 통해 부착된 이러한 실란기는 경화 후에 강도 및 열 안정성을 감소시킨다.
바람직하게는, 실란기를 함유하는 분지형 중합체는 분자당 평균 2.1 내지 4, 더 바람직하게는 2.2 내지 3.5개의 실란기를 갖는다.
바람직하게는, 실란기를 함유하는 분지형 중합체는 5000 내지 30,000g/㏖, 바람직하게는 6000 내지 20,000g/㏖, 특히 7000 내지 15,000g/㏖ 범위 내에서 평균 분자량 Mn을 갖는다.
실란기를 함유하는 분지형 중합체로부터 유래된 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체는 바람직하게는 0.8중량% 내지 3.5중량%, 더 바람직하게는 1중량% 내지 3중량%, 특히 1.2중량% 내지 2.5중량% 범위 내에서 NCO 함량을 갖는다.
적합한 단량체 다이아이소사이아네이트는 상업적 방향족 또는 지방족 다이아이소사이아네이트, 특히 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소사이아네이트이며, 선택적으로 다이페닐메탄 2,4'- 및/또는 2,2'-다이아이소사이아네이트(MDI), 톨릴렌 2,4-다이아이소사이아네이트 또는 이들의 혼합물과 톨릴렌 2,6-다이아이소사이아네이트(TDI), 페닐렌 1,4-다이아이소사이아네이트(PDI), 나프탈렌 1,5-다이아이소사이아네이트(NDI), 헥산 1,6-다이아이소사이아네이트(HDI), 2,2(4),4-트라이메틸헥사메틸렌 1,6-다이아이소사이아네이트(TMDI), 사이클로헥산 1,3- or 1,4-다이아이소사이아네이트, 1-아이소사이아네이토-3,3,5-트라이메틸-5-아이소사이아네이토메틸사이클로헥산(아이소포론 다이아이소사이아네이트 또는 IPDI), 퍼하이드로-다이페닐메탄 2,4'- or 4,4'-다이아이소사이아네이트(HMDI), 1,3- 또는 1,4-비스(아이소사이아네이토메틸)사이클로헥산, m- 또는 p-자일렌 다이아이소사이아네이트(XDI), m-테트라메틸자일렌 다이아이소사이아네이트(TMXDI) 또는 이들의 혼합물 부분을 함유한다.
더 바람직하게는, 단량체 다이아이소사이아네이트는 MDI, TDI, HDI 및 IPDI로 이루어진 군으로부터 선택된다.
이들 중에서 IPDI이 특히 선호된다. 이렇게 얻어진 실란기-함유 중합체는 특히 낮은 점성도를 갖고, 특히 양호한 가공성, 높은 신장성 및 특히 양호한 광 안정성을 갖는 조성물을 허용한다.
또한 이들 중에서 MDI, 특히 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소사이아네이트(4,4'-MDI)가 특히 선호된다. 이와 함께 얻어진 실란기-함유 중합체는 특히 높은 강도를 갖는 조성물을 허용한다.
적합한 폴리에터 트라이올은 바람직하게는 실온에서 액체인 상업적 트라이올이다.
폴리에터 트라이올은 평균 OH 작용기가 2.2 내지 3개의 범위 이내이다. 이들 생산의 결과로서, 상업적 폴리에터 트라이올은 특정 함량의 모노올을 갖고, 그 결과로서, 이들의 평균 OH 작용기는 전형적으로 3개보다 약간 적다. 따라서 이들은 전형적으로 3작용기 및 1작용기 성분을 함유한다.
폴리에터 트라이올에 존재하는 반복부 단위는 바람직하게는 1,2-에틸렌옥시, 1,2-프로필렌옥시, 1,3-프로필렌옥시, 1,2-뷰틸렌옥시 또는 1,4-뷰틸렌옥시기, 특히 1,2-에틸렌옥시 및/또는 1,2-프로필렌옥시기이다.
더 바람직하게는, 폴리에터 트라이올에 존재하는 반복 단위는 주로 또는 배타적으로 1,2-프로필렌옥시기이다. 더 구체적으로는, 폴리에터 트라이올은 모든 반복 단위를 기준으로 80중량% 내지 100중량%의 1,2-프로필렌옥시기 및 0중량% 내지 20중량%의 1,2-에틸렌옥시기를 함유한다.
폴리에터 트라이올은 바람직하게는 트라이메틸올프로판 또는 글리세롤을 이용하여 시작되었다.
폴리에터 트라이올은 15 내지 58㎎ KOH/g 범위 내에서 OH가를 갖는다. 이는 바람직하게는 20 내지 40㎎ KOH/g 범위 내에서 OH가를 갖는다. 이러한 폴리에터 트라이올은 특히 3000 내지 10,000g/㏖의 범위, 바람직하게는 4000 내지 9000g/㏖에서 평균 분자량 Mn을 갖는다.
단량체 다이아이소사이아네이트와 폴리에터 트라이올 사이의 반응은 바람직하게는 20 내지 160℃ 범위, 특히 40 내지 140℃ 내의 온도에서, 선택적으로 적합한 촉매의 존재 하에 수분을 배제하고 수행된다.
반응에서, 폴리에터 폴리올의 OH 기는 단량체 다이아이소사이아네이트의 아이소사이아네이트기와 반응된다. 이는 또한 연쇄 연장 반응(chain extension reaction)으로 불리는 것을 초래하며, 즉, 폴리올과 단량체 다이아이소사이아네이트 간의 반응 생성물의 OH기 및/또는 아이소사이아네이트기의 반응이 있다. 선택된 NCO/OH 몰비가 높을수록, 일어나는 연쇄 연장 반응의 수준은 낮고, 얻어진 중합체의 다분산성은 더 낮다. 연쇄 연장 반응의 척도는 중합체의 평균 분자량 또는 GPC 분석에서의 피크의 폭 및 분포이다. 추가적인 척도는 모든 OH 기와 단량체 다이아이소사이아네이트의 반응으로부터 계산된 이론적 NCO 함량에 비해서 단량체가 없는 중합체의 효과적인 NCO 함량이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 반응에서의 NCO/OH 몰비는 바람직하게는 1.6/1 내지 2.5/1 범위 이내, 더 바람직하게는 1.8/1 내지 2.3/1 범위 이내, 특히 1.9/1 내지 2.2/1 범위이다.
아이소사이아네이트기를 함유하는 이러한 중합체는 특히 제조가 용이하다. 이는 특정 비율의 비반응 단량체 다이아이소사이아네이트, 전형적으로 약 0.5중량% 내지 3.5중량% 이내, 및 특정 비율의 연쇄 연장 성분을 함유한다. 그 결과 이의 점성도는 약간 더 높다.
1.5/1 내지 2.5/1 범위 이내의 NCO/OH 몰비에서의 반응에 대해, 단량체 다이아이소사이아네이트는 바람직하게는 TDI 또는 IPDI, 특히 IPDI이다. 이 방법으로 생성된 중합체는 특히 낮은 점성도를 갖고, 실온에서 조작하기가 용이하다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시형태에서, 반응에서의 NCO/OH 몰비는 적어도 3/1, 바람직하게는 3/1 내지 20/1 범위 이내, 더 바람직하게는 4/1 내지 15/1 범위 이내, 특히 5/1 내지 13/1 범위 이내이고, 반응 후에 비반응 단량체 다이아이소사이아네이트의 주요 부분은 적합한 분리 방법에 의해 제거된다.
아이소사이아네이트기를 함유하는 이러한 중합체는 특히 낮은 함량의 단량체 다이아이소사이아네이트 및 특히 낮은 함량의 연쇄 연장 성분을 갖는다.
이는 바람직하게는 단량체 다이아이소사이아네이트 함량이 0.3중량% 이하, 바람직하게는 0.25중량% 이하이다.
아이소사이아네이트기를 함유하는 이러한 중합체는 특히 낮은 점성도를 갖는다. 특히, 이런 생산 공정은 또한 다르게는 폴리에터 트라이올, 예컨대, MDI와의 반응에 덜 적합한 단량체 다이아이소사이아네이트의 사용을 가능하게 하는데, 특히, 이는 제조 동안에 일어나는 겔화 지점까지 바람직하지 않게 높은 점성도가 가능하기 때문이다.
분리 방법으로서, 증류 방법, 특히 박막 증류 또는 단경로 증류(short-path distillation)가 선호되며, 바람직하게는 감압이 적용된다.
단량체 다이아이소사이아네이트가 단경로 증발기에서 제거되며 자켓 온도가 120 내지 200℃ 범위 이내이고 압력이 0.001 내지 0.5mbar인, 다단계 공정이 특히 선호된다.
바람직한 4,4'-MDI의 경우에, 증류액 제거가 특히 문제된다. 예를 들어, 축합물은 고형화하지 않으며 시스템을 차단하지 않는다는 것을 보장할 필요가 있다. 160 내지 200℃의 범위 내의 자켓 온도에서, 0.001 내지 0.5mbar에서 작동하고, 단량체 다이아이소사이아네이트가 축합되어 40 내지 60℃ 범위 내의 온도에서 제거되는 것이 선호된다.
단량체 다이아이소사이아네이트가 폴리에터 폴리올과 반응되고, 후속적으로 단량체 다이아이소사이아네이트의 대부분을 제거하여 용매 또는 연행제(entraining agent)의 사용 없이 반응 혼합물에 남아있는 것이 선호된다.
바람직하게는, 반응 후에 제거되는 단량체 다이아이소사이아네이트는 후속적으로 재사용되고, 즉, 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체의 제조를 위해 다시 사용된다.
적어도 3/1의 NCO/OH 몰비에서의 반응 및 후속적으로 적합한 분리 방법에 의한 단량체 다이아이소사이아네이트 대부분의 제거를 위해, 단량체 다이아이소사이아네이트는 바람직하게는 IPDI 또는 MDI이다.
MDI, 특히 4,4'-MDI가 본 목적에 매우 특히 바람직하다. 폴리에터 트라이올과 4,4'-의 반응으로부터 실란기-함유 중합체는 특히 높은 열 안정성과 결부된 강도를 허용한다. 그러나, 이의 제조는 또한 특히 문제가 된다. 통상적인 경로에서, 아이소사이아네이트기를 함유하는 이러한 중합체는 전형적으로 매우 상당히 점성이어서, 다량의 가소제 또는 용매를 희석시키는 일 없이 조작하는 것이 어렵다. 이러한 중합체는 종종 제조 동안에 이미 겔이다.
아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체는 수분의 배제에 의해 상당히 저장-안정적이 된다.
이는 몰당량의 아이소사이아네이트기당 적어도 1㏖의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 화학량론적비로 적어도 하나의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란과 반응되어, 본 발명의 실란기를 함유하는 분지형 중합체를 얻는다.
아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체와의 반응을 위해 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란은 바람직하게는 하기 화학식 (II)의 실란이다:
식 중, R1, R2, X 및 b는 앞서 정의한 바와 같다.
화학식 (II)의 바람직한 실란은 3-아미노프로필트라이메톡시실란, 3-아미노프로필다이메톡시메틸실란, 4-아미노뷰틸트라이메톡시실란, 4-아미노-3-메틸뷰틸트라이메톡시실란, 4-아미노-3,3-다이메틸뷰틸트라이메톡시실란, N-에틸-3-아미노-(2-메틸프로필)트라이메톡시실란, N-뷰틸-3-아미노프로필트라이메톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트라이메톡시실란, 다이에틸 N-(3-트라이메톡시실릴프로필)아미노석시네이트, 다이에틸 N-(3-다이메톡시메틸실릴프로필)아미노석시네이트, 3-머캅토프로필트라이메톡시실란, 3-머캅토프로필다이메톡시메틸실란, N-(3-트라이메톡시실릴프로필)-2-하이드록시프로판아마이드, N-(3-트라이메톡시실릴프로필)-4-하이드록시펜탄아마이드, N-(3-트라이메톡시실릴프로필)-4-하이드록시옥탄아마이드, N-(3-트라이메톡시실릴프로필)-5-하이드록시데칸아마이드, N-(3-트라이메톡시실릴프로필)-2-하이드록시프로필 카바메이트, 2-몰폴리노-4(5)-(2-트라이메톡시실릴에틸)사이클로헥산-1-올, 2-몰폴리노-4(5)-(2-트라이메톡시실릴에틸)사이클로헥산-1-올, 1-몰폴리노-3-(3-(트라이에톡시실릴)프로폭시)프로판-2-올 및 규소 상에서 메톡시기 대신에 에톡시기를 갖는대응하는 유사체로 이루어진 군으로부터 선택된다.
화학식 (II)의 특히 바람직한 실란은 다이에틸 N-(3-트라이메톡시실릴프로필)아미노석시네이트, 다이에틸 N-(3-트라이에톡시실릴프로필)아미노석시네이트, 다이에틸 N-(3-다이메톡시메틸실릴프로필)아미노석시네이트, 다이에틸 N-(3-다이에톡시메틸실릴프로필)아미노석시네이트, N-(3-트라이메톡시실릴프로필)-2-하이드록시프로판아마이드, N-(3-트라이에톡시실릴프로필)-2-하이드록시프로판아마이드, N-(3-다이메톡시메틸실릴프로필)-2-하이드록시프로판아마이드 또는 N-(3-다이에톡시메틸실릴프로필)-2-하이드록시프로판아마이드이다.
화학식 (II)의 매우 특히 바람직한 실란은 다이에틸 N-(3-트라이메톡시실릴프로필)아미노석시네이트, 다이에틸 N-(3-트라이에톡시실릴프로필)아미노석시네이트, 다이에틸 N-(3-다이메톡시메틸실릴프로필)아미노석시네이트 또는 다이에틸 N-(3-다이에톡시메틸실릴프로필)아미노석시네이트이다.
아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란은 아이소사이아네이트기의 몰당량당 적어도 1㏖의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 화학량론적비로 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체와 반응된다.
아이소사이아네이트기의 몰당량당 1 내지 1.3 범위 이내, 바람직하게는 1 내지 1.2, 특히 1 또는 1.1㏖의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 화학량론이 바람직하다.
반응은 20 내지 160℃ 범위 이내, 특히 60 내지 120℃의 온도에서 수행된다. 촉매, 특히 3차 아민 또는 금속 화합물, 특히 비스무트(III), 아연(II), 지르코늄(IV) 또는 주석(II) 화합물 또는 유기주석(IV) 화합물이 본 명세서에서 사용된다.
특히 바람직한 실란기를 함유하는 분지형 중합체는 IPDI로부터 단량체 다이아이소사이아네이트로서 유래된다. 따라서 특히 하기 화학식 (Ia) 또는 (Ib)의 실란기를 갖는다:
식 중, R1, R2, X 및 b는 앞서 정의한 바와 같다. 이러한 중합체는 양호한 열 안정성과 결부된 높은 신장성 및 특히 높은 광 안정성을 허용한다.
이는 바람직하게는 단량체 다이아이소사이아네이트의 후속적 제거 없이 1.5/1 내지 2.5/1 범위 이내에서 NCO/OH 몰비를 갖거나, 적어도 3/1의 NCO/OH 비를 갖고 후속적으로 적합한 분리 방법에 의한 대부분의 단량체 다이아이소사이아네이트의 제거에 의해 제조된다. 더 바람직하게는, 단량체 다이아이소사이아네이트의 후속적 제거없이 1.5/1 내지 2.5/1 범위 이내의 NCO/OH 몰비로 제조된다.
다른 특히 바람직한 실란기를 함유하는 분지형 중합체는 4,4'-MDI로부터 단량체 다이아이소사이아네이트로서 유래된다. 따라서 특히 하기 화학식 (Ic)의 실란기를 갖는다:
식 중, R1, R2, X 및 b는 앞서 정의한 바와 같다. 이는 특히 높은 강도 및 양호한 열 안정성을 갖는 조성물을 허용한다.
바람직하게는 적어도 3/1의 NCO/OH 몰비 및 후속적으로 적합한 분리 방법에 의한 대부분의 단량체 다이아이소사이아네이트의 제거에 의해 제조된다.
실란기를 함유하는 분지형 중합체는 수분의 배제에 의해 저장-안정적이 된다. 수분과의 접촉 시, 실란기는 가수분해된다. 이는 실란올기(Si-OH 기)의 형성 및 후속적인 축합 반응을 통해, 실록산기(Si-O-Si 기)의 형성을 초래한다. 이들 반응의 결과로서, 중합체는 경화되어 가교된 플라스틱을 제공한다. 경화를 위해 수분은 공기(공기 습도)로부터 유래될 수 있거나, 또는 중합체는, 예를 들어, 페인팅, 분무 또는 혼합에 의해 물-함유 성분과 접촉될 수 있다. 경화 동안에, 실란올기는, 예를 들어, 중합체가 도포된 기재의 하이드록실기와 함께 축합될 수 있고, 그 결과 가교에서 기재에 대한 접착에서의 추가적인 개선이 가능하다.
본 발명은,
(a)
적어도 하나의 단량체 다이아이소사이아네이트는 2.2 내지 3개 범위 내에서 평균 OH 작용기를 갖고 적어도 1.5/1의 NCO/OH 몰비로 15 내지 58㎎ KOH/g 범위 내에서 OH가를 갖는 적어도 하나의 폴리에터 트라이올과 반응되고,
(b)
이어서, 대다수의 비반응 단량체 다이아이소사이아네이트는 특히 적어도 3/1의 NCO/OH 몰비가 존재할 때 적합한 분리 방법에 의해 선택적으로 제거되고,
(c)
이어서, 아이소사이아네이트기를 함유하는 얻어진 중합체는 아이소사이아네이트기의 몰당량당 적어도 1㏖의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 화학량론적비로 적어도 하나의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란과 반응되는 것
을 특징으로 하는 실란기를 함유하는 분지형 중합체의 제조 공정을 추가로 제공한다.
본 발명의 바람직한 양상에서, 적어도 하나의 폴리에터 다이올은 단계 a)에서 폴리에터 트라이올에 추가로 제공된다. 이는 본 발명의 실란기를 함유하는 분지형 중합체와 실란기를 함유하는 본 발명이 아닌 선형 중합체의 혼합물의 원위치에서의 형성을 야기한다.
폴리에터 트라이올과 폴리에터 다이올 사이의 중량비는 본 명세서에서 10/90 내지 70/30 범위, 특히 15/85 내지 60/40 내에서 바람직하다.
본 목적에 적합한 폴리에터 다이올은 특히 5 내지 40㎎ KOH/g 범위, 바람직하게는 6 내지 20㎎ KOH/g, 특히 7 내지 15㎎ KOH/g 내의 OH가를 갖는다.
이는 이의 반복 단위에 기반하여, 바람직하게는 80중량% 내지 100중량%의 1,2-프로필렌옥시기 및 0중량% 내지 20중량%의 1,2-에틸렌옥시기를 함유한다.
실란기를 함유하는 이러한 선형 중합체는 특히 높은 신장성 및 탄성을 갖는 조성물을 허용한다.
본 발명은 본 발명의 공정으로부터의 반응 생성물을 추가로 제공한다.
본 발명은 본 발명의 실란기를 함유하는 분지형 중합체 및 촉매, 가교제, 접착 촉진제, 건조제, 가소제 및 충전제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 구성성분을 포함하는 경화성 조성물을 추가로 제공한다.
적합한 촉매는 실란기-함유 중합체의 가교를 가속화하는 금속 촉매 및/또는 질소 화합물이다.
적합한 금속 촉매는 특히 티타늄, 지르코늄, 알루미늄 또는 주석, 특히 유기주석 화합물, 유기티탄산, 유기지르콘산 또는 유기알루민산의 화합물이며, 이들 화합물은 특히 알콕시기, 아미노알콕시기, 설폰산기, 카복실기, 1,3-다이케토네이트기, 1,3-케토에스터레이트기, 다이알킬 포스페이트기 또는 다이알킬 파이로포스페이트기를 갖는다.
특히 적합한 유기주석 화합물은 다이알킬주석 옥사이드, 다이알킬주석 다이클로라이드, 다이알킬주석 다이카복실레이트 ?? 다이알킬주석 다이케토네이트, 특히 다이뷰틸주석 옥사이드, 다이뷰틸주석 다이클로라이드, 다이뷰틸주석 다이아세테이트, 다이뷰틸주석 다이라우레이트, 다이뷰틸주석 다이아세틸아세토네이트, 다이옥틸주석 옥사이드, 다이옥틸주석 다이클로라이드, 다이옥틸주석 다이아세테이트, 다이옥틸주석 다이라우레이트 또는 다이옥틸주석 다이아세틸아세토네이트 또는 알킬주석 티오에스터이다.
특히 적합한 유기티탄산은 비스(에틸아세토아세타토)다이아이소뷰톡시티타늄(IV), 비스(에틸아세토아세타토)다이아이소프로폭시티타늄(IV), 비스(아세틸아세토네이토)다이아이소프로폭시티타늄(IV), 비스(아세틸아세토네이토)다이아이소뷰톡시티타늄(IV), 트리스(옥시에틸)아민아이소프로폭시티타늄(IV), 비스[트리스(옥시에틸)아민]다이아이소프로폭시티타늄(IV), 비스(2-에틸헥산-1,3-다이옥시)티타늄(IV), 트리스[2-((2-아미노에틸)아미노)에톡시]에톡시티타늄(IV), 비스(네오펜틸(다이알릴)옥시)-다이에톡시티타늄(IV), 티타늄(IV) 테트라뷰톡사이드, 테트라(2-에틸헥실옥시) 티타네이트, 테트라(아이소프로폭시) 티타네이트 또는 폴리뷰틸 티타네이트이다. 상업적으로 입수 가능한 제품 Tyzor® AA, GBA, GBO, AA-75, AA-65, AA-105, DC, BEAT, BTP, TE, TnBT, KTM, TOT, TPT 또는 IBAY(모두 Dorf Ketal제); Tytan PBT, TET, X85, TAA, ET, S2, S4 또는 S6(모두 Borica Company Ltd.제) 및 Ken-React® KR® TTS, 7, 9QS, 12, 26S, 33DS, 38S, 39DS, 44, 134S, 138S, 133DS, 158FS 또는 LICA® 44(모두 Kenrich Petrochemicals제)가 특히 적합하다.
특히 적합한 유기지르콘산은 상업적으로 입수 가능한 제품 Ken-React® NZ® 38J, KZ® TPPJ, KZ® TPP, NZ® 01, 09, 12, 38, 44 또는 97(모두 Kenrich Petrochemicals제) 또는 Snapcure® 3020, 3030, 1020(모두 Johnson Matthey & Brandenberger제)이다.
특히 적합한 유기알루민산은 상업적으로 입수 가능한 제품 K-Kat 5218(King Industries제)이다.
촉매로서 적합한 질소 화합물은 특히 아민, 예컨대, 특히, N-에틸다이아이소프로필아민, N,N,N',N'-테트라메틸알킬렌다이아민, 폴리옥시알킬렌아민s, 1,4-다이아자바이사이클로[2.2.2]옥탄; 아미노실란, 예컨대, 특히, 3-아미노프로필트라이메톡시실란, 3-아미노프로필다이메톡시l메틸실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트라이메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-N'-[3-(트라이메톡시실릴)프로필]에틸렌다이아민 또는 규소 상에서 메톡시기 대신에 에톡시기를 갖는 이들의 유사체; 환식 아미딘, 예컨대, 특히, 1,8-다이아자바이사이클로[5.4.0]운데크-7-엔(DBU), 1,5-다이아자바이사이클로[4.3.0]논-5-엔(DBN), 6-다이뷰틸아미노-1,8-다이아자바이사이클로[5.4.0]운데크-7-엔; 구아니딘, 예컨대, 특히, 테트라메틸구아니딘, 2-구아니디노벤즈이미다졸, 아세틸아세톤구아니딘, 1,3-다이-o-톨릴구아니딘, 2-tert-뷰틸-1,1,3,3-테트라메틸구아니딘, 또는 카보다이이미드와 아민, 예컨대, 특히, 폴리에터아민 또는 아미노실란과의 반응 생성물; 또는이미다졸, 예컨대, 특히, N-(3-트라이메톡시실릴프로필)-4,5-다이하이드로이미다졸 또는 N-(3-트라이에톡시실릴프로필)-4,5-다이하이드로이미다졸이다.
또한 상이한 촉매의 조합, 특히 적어도 1종의 금속 촉매와 적어도 1종의 질소 화합물의 조합이 적합하다.
바람직한 촉매는 유기주석 화합물, 유기티탄산, 아민, 특히 아미노실란, 아미딘, 구아니딘 또는 이미다졸이다.
적합한 접착 촉진제 및/또는 가교제는 특히 아미노실란, 머캅토실란, 에폭시실란, (메트)아크릴로실란, 안하이드리도실란, 카바메이토실란, 알킬실란 또는 이미노실란, 또는 이들 실란의 올리고머 형태, 또는 1차 아미노실란과 에폭시실란 또는 (메트)아크릴로실란 또는 안하이드리도실란의 부가체이다. 3-글리시독시프로필트라이메톡시실란, 3-아미노프로필트라이메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필-트라이메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-N'-[3-(트라이메톡시실릴)프로필]에틸렌다이아민, 3-머캅토프로필트라이메톡시실란, 3-유레이도프로필트라이메톡시실란 또는 규소 상에서 메톡시실란기 대신에 에톡시실란기를 갖는 대응하는 실란, 또는 이들 실란의 올리고머 형태가 특히 적합하다.
특히 적합한 건조제는 테트라에톡시실란, 비닐트라이메톡시실란, 비닐트라이에톡시실란, 실란기에 대해 α-위치에서 작용기를 갖는 유기실란, 특히 N-(메틸다이메톡시실릴메틸)-O-메틸카바메이트 또는 (메타크릴로일옥시메틸)실란, 메톡시메틸실란, 오쏘폼산 에스터 및 또한 산화칼슘 또는 분자체이다. 비닐트라이메톡시실란 또는 비닐트라이에톡시실란이 선호된다. 본 명세서에서 실란기를 함유하는 분지형 중합체가 메톡시실란기를 가질 때 비닐트라이메톡시실란이 선호되는 반면, 실란기를 함유하는 분지형 중합체가 에톡시실란기를 가질 때 비닐트라이에톡시실란이 선호된다.
적합한 가소제는 특히 특히 아세테이트기, 유기인산 또는 설폰산 에스터, 폴리뷰텐 또는 "바이오디젤"로도 불리는 천연지방 또는 오일로부터 유래된 가소제, 특히 지방산 메틸 또는 에틸 에스터, 또는 에폭시화된 대두 또는 아마씨 오일 형태의, 카복실 에스터, 예컨대, 프탈레이트, 특히 다이아이소노닐 프탈레이트(DINP), 다이아이소데실 프탈레이트(DIDP) 또는 다이(2-프로필헵틸)프탈레이트(DPHP), 수소화된 프탈레이트 또는 사이클로헥산-1,2-다이카복실레이트, 특히 수소화된 다이아이소노닐 프탈레이트 또는 다이아이소노닐 사이클로헥산-1,2-다이카복실레이트(DINCH), 테레프탈레이트, 특히 비스(2-에틸헥실) 테레프탈레이트(DOTP) 또는 다이아이소노닐 테레프탈레이트(DINT), 수소화된 테레프탈레이트 또는 사이클로헥산-1,4-다이카복실레이트, 특히 수소화된 비스(2-에틸헥실) 테레프탈레이트 또는 비스(2-에틸헥실) 사이클로헥산-1,4-다이카복실레이트, 또는 수소화된 다이아이소노닐 테레프탈레이트 또는 다이아이소노닐 사이클로헥산-1,4-다이카복실레이트, 아이소프탈레이트, 트리멜리테이트, 아디페이트, 특히 다이옥틸 아디페이트, 아젤레이트, 세바케이트, 벤조에이트, 폴리올, 특히 폴리에터 폴리올 또는 폴리에스터 폴리올, 글리콜 에터, 글리콜 에스터, 차단된 하이드록실기를 갖는 폴리에터 모노- 또는 폴리올이다.
적합한 충전제는 특히 지방산, 특히 스테아레이트, 바라이트, 석영 분말, 규사, 돌로마이트, 규회석, 하소된 카올린, 시트 규산염, 예컨대, 운모 또는 활석 제올라이트, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 실리카(열분해 공정으로부터 미세하게 나누어진 실리카를 포함), 시멘트, 석고, 플라이 애시, 공업적으로 생산된 카본블랙, 흑연, 금속분말, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 철, 은 또는 강철, PVC 분말 또는 중공 비드의 금속분말로 선택적으로 코팅되는, 분쇄 또는 침전된 탄산칼슘이다. 지방산-코팅 탄산칼슘 및/또는 카본블랙을 침전시키는 것이 선호된다.
추가적인 적합한 구성성분은 특히 다음의 보조제 및 첨가제이다:
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실란기를 함유하는 올리고머 또는 중합체;
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용매;
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섬유, 특히 유리 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 세라믹 섬유, 중합체 섬유, 예컨대, 폴리아마이드 섬유 또는 폴리에틸렌 섬유, 또는 천연 섬유, 예컨대, 목재, 셀룰로스, 대마 또는 사이잘;
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나노충전제, 예컨대, 그래핀 또는 탄소 나노튜브;
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염료;
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무기 또는 유기 색소, 특히, 이산화티타늄, 산화크로뮴 또는 산화철;
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유동성 개질제, 특히 증점제, 시트 규산염, 예컨대, 벤토나이트, 피마자유의 유도체, 수소화된 피마자유, 폴리아마이드, 폴리아마이드 왁스, 폴리우레탄, 유레아 화합물, 흄드 실리카, 셀룰로스 에터 또는 소수성으로 개질된 폴리옥시에틸렌;
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산화, 열, 빛 또는 UV 복사에 대한 안정제;
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천연 수지, 지방 또는 오일, 예컨대, 송진, 셸락, 아마씨유, 피마자유 또는 대두유;
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특히 에틸렌, 프로필렌, 뷰틸렌, 아이소뷰틸렌, 아이소프렌, 비닐 아세테이트 또는 알킬(메트)아크릴레이트, 특히, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아이소뷰틸렌, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(EVA) 또는 어택틱(atactic) 폴리-α-올레핀(APAO)을 포함하는 군으로부터의 비반응성 중합체, 특히, 불포화 단량체의 동종중합체 또는 공중합체;
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난연성 물질, 특히 이미 언급된 충전제 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘, 또는 유기 인산 에스터;
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첨가제, 특히 습윤제, 평활화제(leveling agent), 거품방지제, 공기분리기, 산화, 열, 빛 또는 UV 복사 또는 살생물제에 대한 안정제.
특정 구성성분은 조성물에 혼합하기 전에 화학적 또는 물리적 건조를 받도록 권장될 수 있다.
경화성 조성물은 바람직하게는 5중량% 내지 80중량%, 더 바람직하게는 10중량% 내지 70중량%, 특히 20중량% 내지 60중량%의 실란기-함유 중합체를 함유한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 경화성 조성물은 적어도 하나의 추가적인, 본 발명이 아닌 실란기-함유 중합체를 포함한다.
특히, 이 추가적인 실란기-함유 중합체는 선형이다. 이는 바람직하게는 분자당 평균 1.7 내지 2개, 더 바람직하게는 1.8 내지 2개, 특히 1.9 내지 2개의 실란기를 갖는다.
본 발명의 실란기를 함유하는 분지형 중합체와 실란기를 함유하는 추가적인 중합체 간의 본 명세서의 중량비는 바람직하게는 10/90 내지 70/30의 범위, 특히 15/85 내지 60/40 이내이다.
실란기를 함유하는 추가적인 중합체는 바람직하게는,
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적어도 1.5/1의 NCO/OH 몰비로 단량체 다이아이소사이아네이트와 폴리에터 다이올의 반응으로부터의 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체로부터 유래된 실란기 함유 중합체;
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알릴기를 함유하는 폴리에터와 하이드로실란의 반응, 선택적으로 연쇄 연장과의 반응, 특히, 다이아이소사이아네이트와의 반응으로부터 얻어진 실란기 함유 폴리에터;
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알킬렌 옥사이드와 에폭시실란과의 공중합, 선택적으로 연쇄 연장과의 공중합, 특히 다이아이소사이아네이트와의 공중합으로부터 얻어진 실란기 함유 폴리에터;
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폴리에터 폴리올, 특히 다이올와 아이소사이아네이토실란과의 반응, 선택적으로 다이아이소사이아네이트를 이용하는 연쇄 연장과의 반응으로부터 얻어진 실란기 함유 폴리에터
로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 명세서에서 본 발명의 실란기를 함유하는 분지형 중합체는 조성물의 열 안정성 및 가능하게는 강도 및/또는 신장성을 개선시킨다.
추가적인 실란기-함유 중합체로서 적어도 1.5/1의 NCO/OH 몰비로 단량체 다이아이소사이아네이트와 폴리에터 다이올의 반응으로부터의 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체로부터 유래된 것이 선호된다.
본 목적에 적합한 폴리에터 다이올은 특히 5 내지 40㎎ KOH/g 범위, 바람직하게는 6 내지 20㎎ KOH/g, 특히 7 내지 15㎎ KOH/g 내의 OH가를 갖는다. 특히, 이는 3500 내지 20,000g/㏖의 범위, 바람직하게는 5000 내지 18,000g/㏖, 특히 7500 내지 16,000g/㏖ 이내에서 평균 분자량 Mn을 갖는다. 이러한 중합체는 특히 높은 신장성 및 탄성을 갖는 조성을 허용한다.
본 발명의 분지형 중합체와 본 발명이 아닌 중합체의 이러한 혼합물은 특히 또한 단량체 다이아이소사이아네이트가 아이소사이아네이트기를 함유하는 중합체에 적어도 1.5/1의 NCO/OH 몰비로, 기재된 바와 같은 적어도 하나의 폴리에터 트라이올 및 적어도 하나의 폴리에터 다이올의 혼합물과 혼합되고, 이어서, 기재한 바와 같은 적어도 하나의 아미노, 머캅토 또는 하이드록시실란과 반응되도록, 제조될 수 있다.
경화성 조성물은 특히 수분을 배제하고 생산되며 수분이 새지 않는 용기에 주위 온도에서 저장된다. 적합한 수분이 새지 않는 용기는 특히 선택적으로 코팅된 금속 및/또는 플라스틱으로 이루어지고, 특히 드럼, 운송 상자, 홉(hobbock), 버킷, 캐니스터, 캔, 백(bag), 관형 백, 카트리지 또는 관이다.
경화성 조성물은 1-성분 조성물의 형태 또는 2-성분 조성물의 형태일 수 있다.
"1-성분" 조성물은 조성물의 모든 구성성분이 동일한 용기에 함께 혼합되어 저장되고 수분에 의해 경화되는 것을 지칭한다.
"2-성분" 조성물은 조성물의 구성성분이 별개의 용기에 저장되는 두 가지의 상이한 성분으로 존재하는 것을 지칭한다. 2 성분은 조성물의 도포 직전까지 또는 도포 동안에 다른 하나와 혼합되지 않으며, 그 결과, 혼합된 조성물은 경화되고, 경화는 수분의 작용을 통해서만 진행되거나 완료된다.
경화성 조성물은 바람직하게는 1-성분 조성물이다. 적합한 포장 및 저장이 제공되면, 전형적으로 수개월에서 최대 1년 또는 그 이상 동안 보관이 안정적이다.
경화성 조성물의 도포 시, 존재하는 실란기는 수분과 접촉하여 경화 과정을 시작한다. 경화는 온도, 접촉 성질, 수분의 양 및 임의의 촉매의 존재에 따라 다양한 속도로 진행된다. 공기 습도에 의한 경화의 경우, 조성물의 표면 상에 스킨(skin)이 먼저 형성된다. 스킨 타임(skin time)으로 불리는 것은 경화 속도의 척도이다.
이는 경화 조성물의 형성을 초래한다.
1성분 조성물의 경우에, 이는 있는 그대로 도포되고, 이어서, 수분 또는 물의 영향 하에 경화되기 시작한다. 경화의 가속화를 이해, 물 및/또는 촉매 및/또는 경화제를 함유하는 촉진제 성분은 도포 시 조성물과 혼합될 수 있거나, 조성물은 이의 도포 후에 이러한 촉진제 성분과 접촉될 수 있다.
경화성 조성물은 바람직하게는 주위 온도에서, 특히 약 -10 내지 50℃의 범위 내에서, 바람직하게는 -5 내지 45℃의 범위, 특히 0 내지 40℃ 내에서 도포된다.
경화는 바람직하게는 마찬가지로 주위 온도에서 일어난다.
경화 상태에서, 조성물은 다양한 기재 상에서 현저하게 탄성인 특성, 특히 높은 강도 및 높은 신장성, 양호한 열 안정성, 및 양호한 접착 특성을 갖는다. 그 결과, 이는 다수의 용도에, 특히 건축 또는 산업적 적용분야용 실란트, 접착제, 덮개, 코팅 또는 도료로서, 예를 들어, 조인트 실란트, 쪽모이 접착제, 조립 접착제, 글레이징 접착제, 또는 차체 실란트, 이음새 실란트 또는 공동 실란트로서, 바닥 마무리재, 바닥 코팅, 발코니 코팅, 지붕 코팅 또는 주차장 코팅으로서 적합하다.
탄성 접착제 또는 탄성 실란트 또는 탄성 코팅으로서 경화성 조성물을 이용하는 것이 선호된다.
경화성 조성물은 구조적으로 점성인 특성을 갖는 풀 같은 점조도를 갖도록 제형화될 수 있다. 이 종류의 조성물은 적합한 장치에 의해, 예를 들어, 상업적 카트리지 또는 드럼 또는 홉으로부터, 예를 들어, 본질적으로 둥글거나 삼각형인 횡단면 면적을 갖는 비드의 형태로 도포된다.
경화성 조성물은 또한 이것이 유체이고 "자기-평활성(self-leveling)" 또는 단지 약간의 요변성(thixotropic)이 되고 적용을 위해 부을 수 있도록 제형화될 수 있다. 코팅으로서, 이는, 이어서, 예를 들어, 면적 위에 분포시켜, 예를 들어, 롤러, 슬라이드바, 이가 있는 어플리케이터(toothed applicator) 또는 모종삽에 의해 목적하는 층 두께를 제공할 수 있다. 작업에서, 0.5 내지 3㎜ 범위, 특히 1 내지 2.5㎜ 이내의 층 두께가 전형적으로 도포된다.
접착 또는 밀봉 또는 코팅에 적합한 기재는 특히 하기와 같다:
-
유리, 유리 세라믹, 스크린인쇄 세라믹, 콘크리트, 모르타르, 시멘트 스크리드, 섬유 시멘트, 특히 섬유 시멘트 보드, 벽돌, 타일, 플라스터, 특히 플라스터보드 또는 경석고 스크리드 또는 자연석, 예컨대, 화강암 또는 대리석;
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금속 또는 합금, 예컨대, 알루미늄, 구리, 철, 강철, 비철금속, 예를 들어, 표면마감 금속 또는 합금, 예컨대, 아연-도금 또는 크롬-도금 금속;
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플라스틱, 특히 강성 또는 가요성 PVC, 폴리카보네이트(PC), 폴리아마이드(PA), 폴리에스터, PMMA, ABS, SAN, 에폭시 수지, 페놀 수지, PUR, POM, TPO, PE, PP, EPM 또는 EPDM(여기서, 플라스틱의 표면은 선택적으로 플라즈마, 코로나 또는 화염 처리를 받는다);
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도료 또는 바니시, 특히 자동차 탑코트;
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PCC(중합체-개질 시멘트 모르타르) 또는 ECC(에폭시 수지-개질 시멘트 모르타르)에 기반한 수리 또는 평활화 화합물;
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아스팔트 또는 역청;
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페놀, 멜라민 또는 에폭시 수지, 수지-직물 복합재 또는 다른 소위 중합체 복합체와 같은 수지와 결합된, 가죽, 직물, 종이, 목재, 목재 기반 물질;
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특히 EPS, XPS, PUR, PIR, 암면(rock wool), 글래스 울(glass wool) 또는 발포 유리로 제조된, 발포 단열재.
필요하다면, 기재는 도포 전에, 특히 물리적 및/또는 화학적 세정 방법 또는 활성제 또는 프라이머의 적용에 의해 전처리될 수 있다.
이는 2개의 동일한 또는 2개의 상이한 기재를 결합 또는 밀봉할 수 있다.
두 기재의 결합 또는 밀봉 후에, 결합 또는 밀봉된 물품이 얻어진다. 이 물품은 건축 구조물 또는 이의 일부, 특히 지상 또는 지하 건축 구조물, 다리, 지붕, 계단 또는 파사드(facade)일 수 있거나, 또는 산업 제품 또는 소비재, 특히 창, 파이프, 가전제품 또는 교통수단, 예컨대, 특히, 자동차, 버스, 트럭, 철도 차량, 선박, 항공기 또는 헬리콥터 또는 이들의 설치 가능한 부품일 수 있다.
본 발명은 경화성 조성물을 수분과 접촉시킨 후에 경화성 조성물로부터 얻어진 경화된 조성물을 추가로 제공한다.
본 발명의 조성물은 수분 저장-안정성을 배제하고, 용이하게 가공할 수 있다. 이는 빠르게 경화되며, 경화 후에 양호한 신장성, 양호한 접착 특성 및 놀랍게도 양호한 열 안정성과 결부된 높은 강도를 갖는다.
실시예
작업 실시예를 본 명세서에서 이하에 제시하며, 이의 목적은 본 발명을 추가로 설명하기 위한 것이다. 본 발명은 물론 이들 기재하는 작업 실시예로 제한되지 않는다.
"표준 기상 조건"(Standard climatic condition: "SCC")은 23±1℃의 온도 및 50±5%의 상대 공기 습도를 지칭한다.
사용한 화학물질은 달리 언급되지 않는 한 Sigma-Aldrich제였다.
다이아이소데실 프탈레이트를 Palatinol® 10-P(BASF제)의 형태로 사용한다.
점성도를 온도조절식(thermostated) Rheotec RC30 원뿔형판 점도계(원뿔 직경 25㎜, 원뿔각 1°, 원뿔 끝에서 판까지의 거리 0.05㎜, 전단 속도 10s-1)를 이용하여 측정하였다.
단량체 다이아이소사이아네이트 함량을 N-프로필-4-나이트로벤질아민에 의한 사전 유도체화 후에 HPLC(포토다이오드 어레이; 이동상으로서 0.04 M 아세트산나트륨/아세토나이트릴을 통해 검출)에 의해 결정하였다.
폴리에터 트라이올을 이용하는 아이소사이아네이트기 함유 중합체의 제조:
중합체 T-1: (NCO/OH = 2.1/1)
190.0g의 에틸렌 옥사이드-종결된 폴리옥시프로필렌 트라이올(OH가 28㎎ KOH/g, Desmophen® 5031 BT, Covestro제), 27.8g의 다이아이소데실 프탈레이트, 22.2g의 IPDI(1-아이소사이아네이토-3,3,5-트라이메틸-5-아이소사이아네이토메틸사이클로헥산, Vestanat® IPDI, Evonik제)과 0.12g의 다이뷰틸주석 다이라우레이트를 공지된 방법에 의해 90℃에서 반응시켜 1.75중량%의 NCO 함량 및 20℃에서 31㎩·s의 점성도를 갖는 중합체를 얻었다.
중합체 T-2:
780.0g의 에틸렌 옥사이드-종결된 폴리옥시프로필렌 트라이올(OH가 28㎎ KOH/g, Desmophen® 5031 BT, Covestro제) 및 220g의 IPDI(1-아이소사이아네이토-3,3,5-트라이메틸-5-아이소사이아네이토메틸사이클로헥산, Vestanat® IPDI, Evonik제)를 0.01g의 다이뷰틸주석 다이라우레이트의 존재 하에 80℃에서 공지된 방법에 의해 반응시켜 6.4중량%의 NCO 함량, 20℃에서 4.1㎩·s의 점성도 및 약 12중량%의 단량체 IPDI 함량을 갖는 중합체를 얻었다.
이어서, 휘발성 구성성분, 특히 대부분의 단량체 IPDI를 단경로 증발기(자켓 온도 160℃, 압력 0.1 내지 0.005mbar)에서 증류에 의해 제거하였다. 이렇게 얻은 중합체는 1.9중량%의 NCO 함량, 20℃에서 8.2㎩·s의 점성도 및 0.02중량%의 단량체 IPDI 함량을 가졌다.
중합체 T-3:
725.0g의 에틸렌 옥사이드-종결된 폴리옥시프로필렌 트라이올(OH가 28㎎ KOH/g, Desmophen® 5031 BT, Covestro제) 및 275g의 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소사이아네이트(Desmodur® 44 MC L, Covestro제)를 80℃에서 공지된 방법에 의해 반응시켜 7.6중량%의 NCO 함량, 20℃에서 6.5㎩·s의 점성도 및 대략 20중량%의 단량체 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소사이아네이트 함량을 갖는 중합체를 얻었다.
이어서, 휘발성 구성성분, 특히 대부분의 단량체 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소사이아네이트를 단락경로 증발기(자켓 온도 180℃, 압력 0.1 내지 0.005mbar, 축합 온도 47℃)에서 증류에 의해 제거하였다. 이렇게 얻은 중합체는 1.7중량%의 NCO 함량, 20℃에서 19㎩·s의 점성도 및 0.04중량%의 단량체 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소사이아네이트 함량을 가졌다.
중합체 T-4: (NCO/OH = 2.1/1)
190.0 g의 에틸렌 옥사이드-종결된 폴리옥시프로필렌 트라이올(OH가 28㎎ KOH/g, Desmophen® 5031 BT, Covestro제)과 25.0g의 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소사이아네이트(Desmodur® 44 MC L, Covestro제)를 공지된 방법에 의해 80℃에서 반응시켰다. 반응 혼합물은 반응 동안에 겔화되고, 결과적으로 추가 사용에 부적합하였다.
폴리에터 다이올을 이용하는 아이소사이아네이트기 함유 중합체의 제조:
중합체 L-1: (NCO/OH = 2.1/1)
1000.0g의 폴리옥시프로필렌 다이올(OH가 10㎎ KOH/g, Acclaim® 12200N, Covestro제), 122.8g의 다이아이소데실 프탈레이트, 41.6g의 IPDI(1-아이소사이아네이토-3,3,5-트라이메틸-5-아이소사이아네이토메틸사이클로헥산, Vestanat® IPDI, Evonik제)와 0.12g의 다이뷰틸주석 다이라우레이트를 공지된 방법에 의해 90℃에서 반응시켜 0.63중량%의 NCO 함량, 20℃에서 31㎩·s의 점성도 및 약 0.5중량%의 단량체 IPDI 함량을 갖는 중합체를 얻었다.
사용한 화학식 (II)의 실란:
실란기-함유 중합체의 제조:
중합체 ST-1: (본 발명, 분지형)
위에서 기재한 바와 같은 240.0g의 중합체 T-1의 초기 충전물에 수분을 배제한 질소 분위기 하에 36.2g의 실란 A-1을 첨가하고, FT-IR 분광학에 의해 아이소사이아네이트기를 더 이상 검출할 수 없을 때까지 혼합물을 60℃에서 교반하였다. 얻어진 중합체를 실온까지 냉각시키고, 수분을 배제하고 저장하였다. 이는 10중량%의 가소제(다이아이소데실 프탈레이트)를 함유하였고, 맑았으며, 제조 다음 날에 20℃에서 97㎩·s의 점성도를 가졌다.
중합체 ST-2: (본 발명, 분지형)
위에서 기재한 바와 같은 221.0g의 중합체 T-2의 초기 충전물에 수분을 배제한 질소 분위기 하에 36.2g의 실란 A-1을 첨가하고, FT-IR 분광학에 의해 아이소사이아네이트기를 더 이상 검출할 수 없을 때까지 혼합물을 60℃에서 교반하였다. 얻어진 중합체를 실온까지 냉각시키고, 수분을 배제하고 저장하였다. 이는 맑았고, 제조 다음 날에 20℃에서 70㎩·s의 점성도를 가졌다.
중합체 ST-3: (본 발명, 분지형)
위에서 기재한 바와 같은 247.0g의 중합체 T-3의 초기 충전물에 수분을 배제한 질소 분위기 하에 36.2g의 실란 A-1을 첨가하고, FT-IR 분광학에 의해 아이소사이아네이트기를 더 이상 검출할 수 없을 때까지 혼합물을 60℃에서 교반하였다. 얻어진 중합체를 실온까지 냉각시키고, 수분을 배제하고 저장하였다. 이는 맑았고, 제조 다음 날에 20℃에서 357㎩·s의 점성도를 가졌다.
중합체 SL-1: (본 발명이 아님, 분지형)
위에서 기재한 바와 같은 333.3g의 중합체 L-1의 초기 충전물에 수분을 배제한 질소 분위기 하에 18.1g의 실란 A-1을 첨가하고, FT-IR 분광학에 의해 아이소사이아네이트기를 더 이상 검출할 수 없을 때까지 혼합물을 60℃에서 교반하였다. 얻어진 중합체를 실온까지 냉각시키고, 수분을 배제하고 저장하였다. 이는 10중량%의 가소제(다이아이소데실 프탈레이트)를 함유하였고, 맑았으며, 제조 다음 날에 20℃에서 99㎩·s의 점성도를 가졌다.
중합체 SPUR-1: (비교예, 분지형)
190.0g의 Desmophen® 5031 BT 및 19.5g의 3-아이소사이아네이토프로필트라이메톡시실란을 공지된 방법에 의해 80℃에서 반응시켜 실란기-함유 중합체를 얻었다. 얻어진 중합체를 실온까지 냉각시키고, 수분을 배제하고 저장하였다. 이는 맑았고, 제조 다음 날에 20℃에서 5㎩·s의 점성도를 가졌다.
수분-경화 조성물:
조성물 Z1 내지 Z9:
각 조성물에 대해, 표 1 내지 표 2에 명시한 성분을 원심분리 믹서(SpeedMixer™ DAC 150, FlackTek Inc.)를 이용하여 1분 동안 3000rpm에서 수분을 배제하고 명시된 양으로(중량부) 혼합하고, 수분을 배제하고 저장하였다.
조성물을 다음과 같이 시험하였다:
저장 안정성의 척도로서, 1일 후에 실온에서(1d RT) 밀봉 알루미늄관에서 수분을 배제한 저장 후에 그리고 7일 후에 공기 순환 오븐에서 60℃에서(7d 60℃) 점성도를 측정하였다.
오픈 타임의 척도로서, 스킨 타임(HBZ)을 결정하였다. 이 목적을 위해, 몇 그램의 조성물을 약 2㎜의 층 두께 및 표준 기상 조건 하의 기간에서 판지에 도포하였고, 이 후에 조성물 표면을 약하게 두드리는 데 사용한 LDPE 피펫 상에 더 이상 임의의 잔여물이 남아있지 않은 것으로 결정하였다.
경도 및 열 안정성의 척도로서, 쇼어 A 경도를 7일 동안 표준 기상 조건(7d SCC) 하에서 경화된 시험편(test specimen)에 대해, 또는 7일 동안 표준 기상 조건 하에서, 이어서, 공기 순환 오븐 내 80℃, 90℃ 또는 100℃에서의 명시된 온도로 명시된 기간 동안 저장한 시험편에 대해 DIN 53505에 따라 결정하였다.
기계적 특성의 결정을 위해, 조성물을 규소-코팅 이형지에 도포하여 두께가 2㎜인 필름을 제공하고, 이를 표준 기상 조건 하에 14일 동안 저장하고, 이후에, 막대 길이가 30㎜이고 막대 폭이 4㎜인, 75㎜ 길이를 갖는 몇 개의 덤벨을 필름에 펀칭하고, 이들을 200㎜/분의 변형 속도로 DIN EN 53504에 따라 시험하여 인장강도(파단력), 파단신율, 및 (0.5 내지 5% 연신율에서의) 5% 탄성계수를 결정하였다.
결과를 표 1 내지 2에 보고한다.
비교예를 (참조)에 의해 확인한다.
표 1 및 표 2로부터, 본 발명의 조성물 Z2 내지 Z4 및 Z6 내지 Z9는 양호 내지 매우 양호한 열 안정성을 갖는 반면, 비교 조성물 Z1 및 Z5는 부적합한 열 안정성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 90℃에서 14일 동안 그리고 100℃에서 7일 동안 저장 후에, 쇼어 A 시험편은 더 이상 측정이 가능하지 않은 정도까지 파괴되었다.
Claims (15)
- 실란기-함유 분지형 중합체로서,
몰당량의 아이소사이아네이트기당 적어도 1㏖의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 화학량론적 비로,
(i) 2.2 내지 3개 범위 내에서 평균 OH 작용기를 갖고 적어도 1.5/1의 NCO/OH 몰비로 15 내지 58㎎ KOH/g 범위 내에서 OH가(OH value)를 갖는 적어도 하나의 폴리에터 트라이올과 적어도 하나의 단량체 다이아이소사이아네이트의 반응으로부터 얻어진, 0.7중량% 내지 4중량% 범위 내에서 NCO 함량을 갖는 아이소사이아네이트기-함유 중합체와,
(ii) 적어도 하나의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란
의 반응으로부터의, 실란기-함유 분지형 중합체. - 제1항에 있어서, 하기 화학식 (I)의 실란기를 갖는 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 중합체:
식 중,
b는 0, 1 또는 2, 특히 0 또는 1이고,
R1은 선택적으로 에터기를 함유하고 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이고,
R2는 선택적으로 환식 및/또는 방향족 모이어티를 갖는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖고 선택적으로 하나 이상의 헤테로원자를 갖는 2가 하이드로카빌 라디칼, 특히, 아미도, 카바메이트 또는 몰폴리노기이며, 그리고
X는 O, S 또는 NR3이며, 여기서, R3은 선택적으로 알콕시실릴, 에터 또는 카복실산 에스터기의 형태로 헤테로원자를 갖는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 1가 하이드로카빌 라디칼 또는 H이다. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 분자당 평균 2.1 내지 4개, 바람직하게는 2.2 내지 3.5개의 실란기를 갖는 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 분지형 중합체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단량체 다이아이소사이아네이트는 1-아이소사이아네이토-3,3,5-트라이메틸-5-아이소사이아네이토메틸사이클로헥산인 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 분지형 중합체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단량체 다이아이소사이아네이트는 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소사이아네이트인 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 분지형 중합체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에터 트라이올은 모든 반복 단위를 기준으로 80중량% 내지 100중량%의 1,2-프로필렌옥시기 및 0중량% 내지 20중량%의 1,2-에틸렌옥시기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 분지형 중합체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응에서의 NCO/OH 몰비는 1.6/1 내지 2.5/1 이내인 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 분지형 중합체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응에서의 NCO/OH 몰비는 적어도 3/1이고, 상기 반응 후에 대부분의 비반응 단량체 다이아이소사이아네이트는 적합한 분리 방법에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 분지형 중합체.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 실란기-함유 분지형 중합체의 제조 방법으로서,
(a) 적어도 하나의 단량체 다이아이소사이아네이트는 2.2 내지 3개 범위 내에서 평균 OH 작용기를 갖고 적어도 1.5/1의 NCO/OH 몰비로 15 내지 58㎎ KOH/g 범위 내에서 OH가를 갖는 적어도 하나의 폴리에터 트라이올과 반응되고,
(b) 이어서, 대다수의 비반응 단량체 다이아이소사이아네이트는 적합한 분리 방법에 의해 선택적으로 제거되고,
(c) 이어서, 아이소사이아네이트기를 함유하는 얻어진 중합체는 아이소사이아네이트기의 몰당량당 적어도 1㏖의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란의 화학량론적비로 적어도 하나의 아미노-, 머캅토- 또는 하이드록시실란과 반응되는, 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 분지형 중합체의 제조 방법. - 제9항에 있어서, 적어도 하나의 폴리에터 다이올은 단계 a)에서 폴리에터 트라이올에 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는, 실란기-함유 분지형 중합체의 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 청구된 바와 같은 방법으로부터의 반응 생성물.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 실란기를 함유하는 적어도 하나의 중합체, 및 촉매, 가교제, 접착 촉진제, 건조제, 가소제 및 충전제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 구성성분을 포함하는, 경화성 조성물.
- 제12항에 있어서, 적어도 하나의 추가적인, 본 발명이 아닌, 특히 선형의, 실란기-함유 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 경화성 조성물.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 탄성 접착제 또는 탄성 실란트 또는 탄성 코팅으로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 경화성 조성물.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 경화성 조성물을 수분과 접촉시킨 후에 상기 경화성 조성물로부터 얻은, 경화된 조성물.
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