WO2003016369A1 - Mikrokapseln, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung in klebstoffen - Google Patents

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WO2003016369A1
WO2003016369A1 PCT/EP2002/008688 EP0208688W WO03016369A1 WO 2003016369 A1 WO2003016369 A1 WO 2003016369A1 EP 0208688 W EP0208688 W EP 0208688W WO 03016369 A1 WO03016369 A1 WO 03016369A1
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capsule
microcapsule
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PCT/EP2002/008688
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Frank Meier
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/06Making microcapsules or microballoons by phase separation
    • B01J13/14Polymerisation; cross-linking
    • B01J13/16Interfacial polymerisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30Low-molecular-weight compounds
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    • C08G18/3253Polyamines being in latent form
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    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09J163/00Adhesives based on epoxy resins; Adhesives based on derivatives of epoxy resins
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    • C09J175/00Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/02Polyureas

Definitions

  • Microcapsules process for their preparation and their use in
  • the present invention relates to a microcapsule consisting of a capsule shell and a capsule content, the capsule content having at least one non-water-soluble compound with at least two functional groups X reactive towards isocyanate groups or epoxy groups or carboxyl groups or activated carboxyl groups, and process for their preparation.
  • the present invention further relates to adhesives which contain microcapsules, methods for bonding substrates and the use of such microcapsules in adhesives.
  • Surface coating agents in particular adhesives, often contain several components which, after the surface coating agent has been applied, react with one another to form covalent bonds and thus cause the surface coating agent to harden.
  • the various components can be present, for example, in the surface coating composition in such a way that curing only takes place at higher temperatures, while at normal ambient temperatures, such as may prevail when the surface coating composition is applied, there is no reaction of the components with one another.
  • surface coating agents of this type usually referred to as 1-component systems, often require very high temperatures in order to cure. However, this restricts the use of such 1K systems in that certain, in particular heat-sensitive, substrates cannot be processed with such a surface coating agent.
  • surface coating agents which consist of two separately available components (so-called 2K systems). These two components are usually mixed shortly before the planned use of the surface coating agent. While such two-component systems allow curing at ambient temperature or only slightly elevated temperatures, they require a mixing process in which defined amounts of the two components are used as far as possible must be mixed carefully. In practice, however, the required mixing ratios are often not exactly adhered to in the case of such mixtures, as a result of which the performance of the surface coating is impaired with regard to optimum curing. In addition, such two-component systems generally have to be processed shortly after mixing, since otherwise the progressive hardening of the mixed components makes further processing difficult or impossible. This is particularly disadvantageous when larger amounts of surface coating agents are to be used. In this case, several small portions have to be prepared repeatedly for use, which considerably increases the effort involved in processing such systems.
  • EP-A 0 193 068 describes a 1-component epoxy resin composition which contains an epoxy resin with an average of at least two epoxy groups per molecule and a powdery amino compound.
  • the amino compound was provided with a coating which adheres to the powder particle either by adhesion or by covalent bond between the coating and the powder particle.
  • the coating is effected by applying a compound which has at least one isocyanate group, a carboxyl group, an anhydride group or an acid chloride group.
  • EP-A 0 547 379 relates to an adhesive which contains a diamine and an isocyanate, either the diamine or the isocyanate being enclosed in a microcapsule.
  • the microcapsules used in the publication are very large. This severely limits the use of the microcapsules described for adhesive joints with a gap width below this size value, for example.
  • the microcapsules described sediment easily, as a result of which the adhesive containing such microcapsules becomes inhomogeneous. As a result, bonding is not reproducible or even fails.
  • thermolabile microcapsules which are produced by interfacial polycondensation.
  • One of the condensation components has an azo function.
  • the microcapsules are filled with a dye and open when exposed to heat. The dye released in this way can be transferred to appropriate documents, for example according to the principle of thermal transfer printing.
  • the microcapsules described have diameters of approximately 1 to 3 ⁇ m, their capsule wall was not produced using a water-emulsifiable polyisocyanate.
  • microcapsule systems known to date from the prior art have various disadvantages with regard to use in adhesives. For example, particularly in the area of the bonding of foils, adhesives are required which also result in an essentially flat adhesive surface even when particularly thin foils are bonded. However, this is difficult to achieve when using microcapsule systems whose microcapsules have a diameter of more than about 20 ⁇ m.
  • the bonding of surfaces that have unevenness such as gaps or holes with a diameter in the ⁇ m range is also difficult to bond with such systems, since the large diameter of the microcapsules required for curing the adhesive cannot penetrate such gaps or holes , However, the amount of adhesive in such gaps or holes does not harden or takes too long.
  • microcapsules known from the prior art which have a correspondingly small diameter, are generally only poorly suited for adhesive applications with regard to their complex production.
  • processes are necessary which are based on a high speed of an appropriate dispersant.
  • dispersing systems are often too expensive for large-scale use and require a high level of maintenance.
  • the interfacial polymerization typically used in the encapsulation processes described in the prior art has further disadvantages. After encapsulation, the microcapsules encapsulated with the aid of such methods frequently form agglomerates which are difficult to separate and which, as an agglomerate, have a large particle diameter which is unacceptable with regard to the needs described above.
  • microcapsules for use in adhesive systems which have the smallest possible diameter, but whose production is associated with the least possible effort.
  • adhesives which contain at least two components which are reactive with one another, one of the components being present as a microcapsule distributed in a matrix of the other component.
  • a method of making such microcapsules There was also a need for a method of making such microcapsules.
  • the object of the present invention was to provide such microcapsules, to provide a method for producing such microcapsules, to provide an adhesive which contains such microcapsules.
  • microcapsules processes for their production and by adhesives as described in the text below.
  • a first object of the present invention is therefore a microcapsule with a diameter of 0.1 to 20 microns, consisting of a capsule shell and a capsule content, the capsule content at least one non-water-soluble compound with at least two reactive towards isocyanate groups or epoxy groups or carboxyl groups or activated carboxyl groups has functional groups X, and the capsule shell by reaction of functional groups X of the capsule content with a water-emulsifiable Compound which has functional groups Z reactive with the functional groups X of the capsule content has arisen.
  • a compound is referred to in the context of the present invention as "not water-soluble” if its water solubility in demineralized water at a pH of 6.5 and a temperature of 20 ° C. is less than about 0.5 g / l, in particular less than about 0.1 g / l.
  • a “microcapsule” is understood to mean a structure which has a capsule content and a capsule shell.
  • such a “microcapsule” preferably has a diameter of less than about 20 ⁇ m, for example less than 17 ⁇ m, less than 14 ⁇ m or less than 10 ⁇ m.
  • at least approximately 50%, preferably at least approximately 80 or at least approximately 95% of the microcapsules according to the invention have a diameter of less than approximately 10 ⁇ m.
  • the diameters given relate to measured values for particle diameters as can be obtained by means of customary methods for determining particle diameters.
  • Suitable measuring methods are, for example, sieving methods, light scattering, electron microscopy, light microscopy, scanning electron microscopy or sedimentation methods. This definition does not conflict with the fact that two or more microcapsules have assembled to form an aggregate.
  • the decisive factor in the present case is the particle size of the individual microcapsules participating in the aggregate.
  • molecular weight in the context of the present text, insofar as it is applied to polymeric or oligomeric compounds, refers to the weight average molecular weight (Mw), as determined by GPC under suitable conditions, for example based on a polystyrene standard can.
  • microcapsules according to the invention can essentially have any spatial shape. Spherical, square, cuboid, cylindrical or conical spatial shapes are suitable, for example. As part of a preferred embodiment of the present invention, however, the microcapsules have a substantially spherical three-dimensional shape.
  • the capsule content of the microcapsules according to the invention has at least one compound having at least two functional groups X which are reactive toward isocyanate groups or epoxy groups or carboxyl groups or activated carboxyl groups.
  • activated carboxyl groups refers to functional groups of the structure -C (0) -Z, in which Z stands for an electron-withdrawing group (atom or group with -I effect).
  • Z stands for an electron-withdrawing group (atom or group with -I effect).
  • Appropriate activated carboxyl groups are known to the person skilled in the art Examples of such activated carboxyl groups are so-called active esters or acid chlorides.
  • Suitable functional groups X are, for example, OH, NH 2 , NHR 1 , SH or COOH groups, where R 1 is a linear or branched, saturated or unsaturated alkyl radical having 1 to about 24 carbon atoms.
  • a compound suitable as capsule content in the context of the present invention can have only one type of functional group X, i. that is, all of the functional groups X on a molecule of the corresponding compound are identical.
  • the capsule content contains a compound which has two or more functional groups X, at least two of the functional groups X of a compound being different.
  • a compound as capsule content which has, for example, at least one OH group and at least one NH group.
  • a microcapsule according to the invention can have only one compound as a capsule content within the scope of the present invention which carries a functional group X. However, it is also provided according to the invention that a Microcapsule according to the invention contains two or more different compounds as capsule content. Such different compounds can differ in the number or type of the functional groups X or in the constitution carrying the functional group X or in both.
  • a microcapsule according to the invention contains 1, 2 or 3 different compounds with a functional group X as capsule content.
  • a compound suitable as capsule content can have only two functional groups X.
  • the capsule content of a microcapsule according to the invention can have a compound which has more than two functional groups X, for example three, four or five functional groups X.
  • the number of functional groups X of such a compound can be an integer, for example if the capsule content contains only one type of compound with a functional group X.
  • the number of functional groups X can be a number between two even numbers, for example 2.1, 2.5, 2.8 or the like. This is particularly the case if the capsule content contains a mixture of two or more compounds with a different number of functional groups X. In such a case, the capsule content can contain, for example, compounds which differ only in the number of functional groups X.
  • a microcapsule according to the invention has at least one compound as capsule content which carries at least one amino group as functional group X.
  • Suitable amines are, for example, aliphatic amines such as ethylenediamine, propylenediamine, butylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, octamethylenediamine, nonamethylenediamine, decamethylenediamine, undecamethylenediamine, dodecamethylenediamine and the higher carbon chain resulting from these compounds, as well as the higher homologues of these compounds, as they result from the lengthening of these compounds, as does the extension of these compounds by step, as are the higher homologues of these compounds.
  • the amino groups can be in the above In principle, compounds are located on any carbon atoms. In the context of a preferred embodiment of the present invention, however, amines of the aforementioned type which carry the amino groups at the end are used as the capsule content.
  • capsule content in the context of the present invention are compounds which have two or more amino groups.
  • Suitable examples of such amines are diethylene triamine, triethylene tetramine, tetraethylene pentamine or diethylaminopropylamine.
  • Aromatic amines such as m-phenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, bisaminomethyldiphenylenemethane, o-phenylenediamine, triaminobenzene, o-aminobenzylamine, 2,4-diaminotoluene, benzidine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, are particularly suitable for the purposes of the present invention.
  • hydrazides such as adipic acid dihydrazide, succinedihydrazide, sebacinedihydrazide, terephthalaldihydrazide, imidididazole, 2-imicyidazole compounds, such as dicyidazole-2-compounds, Undecylimidazole, 4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole trimellitate, 2-ethylimidazole, 2-isopropylimidazole, 2-dodecylimidazol Imidazoline
  • amines can also be used as amines in the context of the present invention: isophoronediamine, m-xylylenediamine, 2,2,4-trimethylhexamethylene diamine, 4,4'-trimethylene dipiperidine, 1, 3-di (4-piperidyl) propane, 4 , 4-di- aminodicyclohexylmethane, 1, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO) and polymeric di- or polyamines such as amino groups, polyesters, polyurethanes or polyethers, in particular under the trade name Jeffamine ® from Huntsman Corp. available polyalkylene glycols bearing amino groups.
  • the water-insoluble di- or polycarboxylic acids are particularly suitable for the purposes of the present invention.
  • Such di- or polycarboxylic acids can be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic or both. They can optionally be substituted, for example by alkyl groups, alkenyl groups, ether groups or halogens.
  • Suitable polycarboxylic acids are adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, tetrachlorophthalic anhydride, dimer fatty acid or trimer fatty acid or mixtures of two or more thereof.
  • the capsule content of a microcapsule according to the invention can also contain minor amounts of monofunctional carboxylic acids, in particular monofunctional fatty acids having 6 to 44 carbon atoms.
  • a microcapsule according to the invention can also contain compounds as capsule content have functional groups X whose water solubility is more than about 1 g / l, for example low molecular weight polyalcohols, low molecular weight polycarboxylic acids or corresponding low molecular weight water-soluble polyamines.
  • functional groups X whose water solubility is more than about 1 g / l, for example low molecular weight polyalcohols, low molecular weight polycarboxylic acids or corresponding low molecular weight water-soluble polyamines.
  • such a connection must be embedded in a matrix of a corresponding connection with at least two functional groups X in such a way that at least the majority of such a connection does not go into solution.
  • Such inclusion can take place, for example, in such a way that a melt of a corresponding compound having at least two functional groups X is mixed with a compound which has a water solubility of more than 1 g / l, the melt is cooled and then ground to a desired size.
  • a microcapsule according to the invention can each contain the compounds mentioned above individually or as a mixture of two or more of the types of compounds mentioned.
  • connection types are understood to mean compounds with different functional groups X.
  • a microcapsule according to the invention can contain a polyamine or a mixture of two or more different polyamines, a polyhydroxy compound or a mixture of two or more different polyhydroxy compounds or a mixture of one or more polyamines and one or more polyhydroxy compounds.
  • a microcapsule according to the invention contains a polyamine or several polyamines or one polyhydroxy compound or several polyhydroxy compounds, but particularly preferably one polyamine or several polyamines.
  • the capsule content of a microcapsule according to the invention can also contain further additives.
  • the further additives can have, for example, a water solubility which is below the above-mentioned limit of approximately 1 g / l. It is however, within the scope of the present invention it is also possible to use additives whose water solubility exceeds the stated limit. In this case, however, as already described above, the additives must be embedded in a matrix of the substance with a correspondingly lower solubility in water.
  • Suitable additives are, for example, catalysts which catalyze the reaction of a compound in the capsule content of a microcapsule according to the invention with at least two functional groups X with a compound which has functional groups which are reactive toward such functional groups X.
  • 1-Methylimidazole, 2-methyl-l-vinylimidazole, 1-allylimidazole, 1-phenylimidazole, 1, 2,4,5-tetramethylimidazole, 1- (3-aminopropyl) imidazole, pyrimidazole, 4-dimethylamino- are particularly suitable.
  • Organotin compounds can also be used as catalysts. This includes compounds which contain both tin and an organic radical, in particular compounds which contain one or more SnC bonds.
  • Organotin compounds in the broader sense include e.g. B. salts such as tin octoate and tin stearate.
  • the tin compounds in the narrower sense include above all compounds of tetravalent tin of the general formula R n + ⁇ SnZ 3-n where n is a number from 0 to 2, R is an alkyl group or an aryl group or both and Z is finally an oxygen , Sulfur or nitrogen compound or a mixture of two or more thereof.
  • R expediently contains at least 4 carbon atoms, in particular at least 8.
  • Z is preferably an oxygen compound, that is to say an organotin oxide, hydroxide, carboxylate or an ester of an inorganic acid.
  • Z can also be a sulfur compound, that is, an organotin Sulfide, thiolate or a thioacid ester.
  • Sn-S compounds especially thioglycolic acid esters are suitable, e.g. B. Compounds with the following residues:
  • the carboxylic acids have 2, preferably at least 10, in particular 14 to 32, carbon atoms.
  • Dicarboxylic acids can also be used. Suitable acids are, for example, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, terephthalic acid, phenylacetic acid, benzoic acid, acetic acid, propionic acid and in particular caprylic, capric, lauric, myristic, palmitic and stearic acid.
  • dibutyltin diacetate and dilaurate and dioctyltin diacetate and dilaurate are particularly suitable.
  • Tin oxides and sulfides and thiolates are also suitable in the context of the present invention.
  • Specific compounds are: bis (tributyltin) oxide, dibutyltin didodecylthiolate, dioctyltin dioctylthiolate, dibutyltin bis (2-ethyl-hexyl thioglycolate), 2-ethyl-octyltin-2-ethyl-hexyltyl ester), dioctyl-tris (2-ethyl-hexyltin) -ethylhexoate), dibutyltin bisfthioethylene glycol laurate), dibutyltin sulfide, dioctyltin sulfide, bis (tributyltin) sulfide, dibutyltin bis (thioglycolic acid 2-ethylhexyl ester), dioc
  • a microcapsule according to the invention can also contain a photosensitizer or a mixture of two or more photosensitizers as capsule content.
  • a “photosensitizer” is understood to mean a compound which transfers the radiation energy absorbed by it to molecules which do not themselves absorb the radiated energy or which converts the radiation energy absorbed directly into heat.
  • Photosensitizers suitable according to the invention can have, for example, one or more functional groups X, for example OH, NH 2 or NHR 1 groups.
  • Suitable photosensitizers are, for example, benzophenone, Michler 's ketone, 2-acetonaphthone, chrysene, fluorenone, benzil, 1, 2-benzanthrazene, acridine, anthracene, thioxanthone or fluorenone or compounds sold under the name Thinuvin ® (manufacturer: Ciba Geigy) in Are available commercially.
  • UV absorbers as described, for example, in EP-A 0 893 119, EP-A 1 032 563, Kunststoffe (1999), 89 ( 7), 87-90 or Ulimanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2000 Electronic Release, PAINTS AND COATINGS - Paint additives 5.7 Light Stabilizers or Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2000 Electronic Release, Photochemistry, Table 8 , Reference is expressly made to the photoactive compounds mentioned in the corresponding publications. The compounds are considered part of the disclosure of the present text.
  • the capsule content of a microcapsule according to the invention also have further additives.
  • these include, for example, plasticizers, antioxidants, stabilizers, dyes, fragrances, pigments and the like.
  • plasticizers based on phthalic acid are used as plasticizers, in particular dialkyl phthalates, phthalic acid esters which have been esterified with a linear alkanol having from about 6 to about 12 carbon atoms being preferred as plasticizers.
  • Dioctyl phthalate is particularly preferred.
  • plasticizers for example sucrose benzoate, diethylene glycol dibenzoate and / or diethylene glycol benzoate, in which about 50 to about 95% of all hydroxyl groups have been esterified, phosphate plasticizers, for example t-butylphenyldiphenylphosphate,
  • Polyethylene glycols and their derivatives for example diphenyl ether of poly (ethylene glycol), liquid resin derivatives, for example the methyl ester of hydrogenated resin, vegetable and animal oils, for example glycerol esters of fatty acids and their polymerization products.
  • liquid resin derivatives for example the methyl ester of hydrogenated resin
  • vegetable and animal oils for example glycerol esters of fatty acids and their polymerization products.
  • Stabilizers or antioxidants that can be used as additives in the context of the invention include hindered phenols of high molecular weight (M n ), polyfunctional phenols and sulfur- and phosphorus-containing phenols.
  • Phenols which can be used as additives in the context of the invention are, for example, 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene; Pentaerythritol tetrakis 3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate; n-octadecyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate; 4,4-methylenebis (2,6-di-tert-butyl-phenol); 4,4-thiobis (6-tert-butyl-o-cresol); 2,6-di-tert-butylphenol; 6- (4-
  • additives can be included in the microcapsules according to the invention in order to vary certain properties. These can include, for example, dyes such as titanium dioxide, fillers such as talc, clay and the like.
  • Blowing agents are also suitable as additives in the context of the present invention.
  • suitable blowing agents are compounds which are decompose within the range of application of the adhesive, preferably at a temperature of more than 50, in particular more than 60 or more than 70 ° C., with the evolution of gas.
  • blowing agents support, for example, the opening of a microcapsule according to the invention and the escape of a substance contained in such a microcapsule.
  • Suitable blowing agents are, for example, the compounds available under the trade names LUVOPOR LUV / N XF, LUVOPOR 9301 or LUVOPOR 9302 from Lehmann and Voss, Hamburg, or the 2-component blowing agents available under the trade names TRACEL DBN 120 NER and Unicell H.
  • a microcapsule according to the invention contains the abovementioned additives in an amount of up to approximately 30% by weight, in particular approximately 0.1 to approximately 20 or approximately 0.5 to approximately 10 or approximately 1 to approximately 5 % By weight, for example about 2 to about 4% by weight.
  • a microcapsule according to the invention has a capsule shell in addition to the capsule content described above.
  • the advantages according to the invention can be achieved if the capsule shell is formed by the reaction of functional groups X of the capsule content with a water-emulsifiable compound which has functional groups Z which are reactive with the functional groups X of the capsule content.
  • the capsule wall of a microcapsule according to the invention is produced by a chemical microencapsulation process.
  • wall formation from monomeric or oligomeric starting materials by polycondensation or polyaddition is preferred.
  • a known encapsulation process is based on the principle of interfacial polycondensation.
  • a monomer component is dissolved in a solvent and this solution is dispersed in a further solvent which is not miscible with the first solvent
  • the preparation of the microcapsules according to the invention does this process that the component forming the capsule content is in the form of an aqueous dispersion and the component forming the capsule shell is in the form of an aqueous emulsion.
  • compounds are therefore used to construct the capsule shell which, on the one hand, have functional groups Z which are reactive with the functional groups X present on the surface of the capsule contents, and on the other hand, these functional groups Z with respect to water in an emulsion essentially at least over a limited range Period are stable.
  • a compound suitable for building up the capsule shell is therefore preferably selected such that it is less than about 50%, preferably less than, as an aqueous emulsion within a period of at least 1 min, preferably within a period of at least about 3, 5, 7 or 10 min loses about 40, 30, 20 or 10% of their reactive functional groups Z by reaction between water and the functional group Z.
  • Suitable functional groups Z in the context of the present invention are in particular isocyanate groups or epoxy groups.
  • compounds which have one isocyanate group or two or more isocyanate groups are used to form the capsule shell.
  • Suitable compounds with at least two isocyanate groups are, for example, compounds such as 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanato-methylcyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), diphenylmethane-2,4'-diisocyanate, diphenylmethane-2,2'- diisocyanate or diphenylmethane-4,4'-diisocyanate or isocyanates based on MDI such as the product Sovermol-1-1043-VI sold by Henkel, the products Desmodur VP-L / UE-6105-A or Z-4273 (fatty acid-modified , polyfunctional aliphatic isocyanates) from Bayer, aliphatic polyisocyanate prepolymers as sold by Bayer under the name Desmodur E-3150, poly (diphenylmethane diisocyanate) as sold by Dow under the trade name PAPI-135 or PAPI-M-235 is
  • Isocyanates whose emulsifiability in water is not sufficient for the present purpose can be emulsified in the context of the present invention, for example with the addition of a protective colloid.
  • Suitable protective colloids are known to the person skilled in the art.
  • trivalent or higher isocyanates such as are obtainable, for example, by oligomerizing diisocyanates.
  • examples of such tri and higher polyisocyanates are the triisocyanurates from HDI or IPDI or their mixtures or their mixed diisocyanurates.
  • trihydric and higher polyisocyanates as can be obtained by reacting the isocyanates with compounds which have 3 or more groups reactive toward isocyanates.
  • Polyisocyanates which contain polyether groups, in particular polyethylene oxide groups or ionic groups or short-chain esters, are particularly suitable.
  • Polymeric isocyanates such as those sold under the name LIOFOL by Henkel are particularly suitable, in particular Liofol UR 5888-21.
  • Suitable compounds with two or more epoxy groups are in principle all compounds with a molecular weight of up to about 800, in particular at about 600, which have one or more epoxy groups which show a sufficiently rapid reactivity with the functional groups X of the capsule content.
  • Such compounds can be obtained, for example, by reacting polyhydric phenols such as bisphenol-A, bisphenol-F, catechol or resorcinol or polyhydric alcohols such as glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, sugars such as glucose, fructose, mannose, galactose, dextrose, sorbitol or mannitol and the like Get reaction products with ethylene oxide or propylene oxide or a mixture thereof or of hydroxycarboxylic acids such as p-hydroxybenzoic acid or 2-hydroxynaphthenic acid with epichlorohydrin.
  • polyhydric phenols such as bisphenol-A, bisphenol-F, catechol or resorcinol or polyhydric alcohols
  • polyhydric alcohols such as glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, sugars such as glucose, fructose, mannose, galactose, dex
  • Reaction products of amines such as 4,4'-diaminodiphenylmethane, m-aminophenol and the like, for example the reaction products of the amines already mentioned above as capsule content, with epichlorohydrin.
  • epoxyhexahydrobenzoic acid 2 ', 3 1 -epoxycyclohexylmethyl ester (Degacure-K-126, manufacturer: Degussa)
  • epoxides such as are available, for example, under the trade names Studtapox VerDner S or Jotapox WF from Bakelite, butadiene diepoxide , 1, 2,8,9-diepoxylimones, dicyclopentadiene diepoxide, bisphenol-A-epichlorohydrin
  • the epoxy resin such as is available from Bayer, for example, under the trade name Lekutherm X-20, 1,2-epoxydodecane, 1,2-epoxytetradecane or reaction products of bisphenol A with chloromethyloxirane with an average molecular weight of less than about 700.
  • the capsule shell of a microcapsule according to the invention has a wall thickness of at least one monomolecular layer of the compound used to produce the capsule shell, for example at least about 10 nm.
  • a microcapsule according to the invention can have only one layer as the capsule shell, for example.
  • a capsule shell of a microcapsule according to the invention has two or more layers.
  • a first layer can be designed as a capsule shell as already described above.
  • a further layer or a plurality of further layers can be applied to such a first layer, this application being able to be carried out by customary encapsulation processes, for example by spray drying or coacervation with colloids, for example gelatin or gum arabic.
  • embedding can also be carried out by interfacial polymerization or by dropletization.
  • a capsule shell of a microcapsule according to the invention has 1 to 3 layers, in particular 1 or 2 layers.
  • microcapsules according to the invention are produced by contacting an aqueous dispersion of a non-water-soluble compound with at least two functional groups X reactive towards isocyanate groups or epoxy groups or carboxyl groups or activated carboxyl groups with a water-emulsifiable compound which contains functional groups Z which are reactive towards the functional groups X of the capsule content having.
  • the present invention therefore also relates to a process for the preparation of a microcapsule, in which an aqueous dispersion of a non-water-soluble compound having at least two functional groups X reactive towards isocyanate groups or epoxy groups or carboxyl groups or activated carboxyl groups with a water-emulsifiable compound which is opposite the functional ones Groups X of the capsule content has reactive functional groups Z is added.
  • the capsule content must be present as a solid in ground form for carrying out the process according to the invention. Due to the extremely low tendency of agglomeration of microcapsules coated by a method according to the invention, the particle size of the particles provided as capsule content essentially determines the particle size of the microcapsules. It is therefore provided in the context of the present invention that the method according to the invention is carried out with solid particles which have an average particle size of at most about 20 ⁇ m, preferably a particle size of about 0.5 to about 10 or about 0.8 to about 5 ⁇ m or have about 1 to about 3 ⁇ m.
  • these solids are preferably first mixed in the melt, cooled and then ground to the desired size.
  • the solids intended as capsule contents are then dispersed in water.
  • the dispersion is preferably carried out in demineralized or distilled water.
  • any devices which allow the solid particles to be dispersed to be divided into their primary particles can be used to produce the dispersion. While many dispersed processes known from the prior art require special dispersed devices, the process according to the invention can already be carried out in conventional stirring apparatus, for example using a conventional stirring fish or a KPG stirrer and a round-bottomed flask.
  • relatively low speeds for example speeds of up to about 1000 rpm, in particular about 200 to about 600 rpm, are sufficient to disperse the particles.
  • Colloid mills, high-pressure homogenizers or ultrasound treatment are also suitable.
  • the weight ratio of solid particles to water should be about 1: 3 to about 1:20, in particular about 1: 5 to about 1:15 or about 1: 8 to about 1:12.
  • a dispersion of solid particles in water produced in this way is then mixed in a first embodiment of the process according to the invention with an emulsion of a water-emulsifiable compound which has functional groups Z which are reactive with the functional groups X of the capsule content.
  • Corresponding emulsions of a compound which has functional groups Z which are reactive with the functional groups X of the capsule content can be produced by the introduction of such a compound in water and subsequent emulsification by customary processes known from the prior art.
  • the weight ratio of compounds which have functional groups Z which are reactive to the functional groups X of the capsule content to water is, for example, about 1: 1 to about 1:25, in particular about 1: 2 to about 1:20 or about 1: 5 to about 1 : 15th
  • the dispersion of the solid particles is mixed with the emulsion. This can be done, for example, by adding the entire emulsion to the dispersion of the solid particles in a short period of a few seconds. However, it is preferred within the scope of the present invention if the emulsion of the dispersion of the solid particles is added dropwise over a longer period, for example over a period of about 1 to about 1 hundred minutes.
  • reaction mixture obtained by adding the emulsion to the dispersion is stirred for a certain period of time, for example for a period of from about 0.5 to about 5 hours, after the addition of the emulsion has ended.
  • the process according to the invention can be carried out at temperatures from about 5 to about 50 ° C. In a preferred embodiment of the present invention, however, it is at ambient temperature, i.e. H. a temperature of about 15 to about 25 ° C is carried out.
  • the microcapsules according to the invention are essentially as primary particles, i. H. in non-agglomerated form as an aqueous dispersion.
  • This dispersion can then be obtained as a solid by customary processes for obtaining solids from aqueous dispersion, for example by filtration, sedimentation, centrifugation with subsequent drying or spray drying.
  • the microcapsules thus obtained can, if desired, be washed with a solvent which does not attack the capsule shell.
  • the dispersion of the microcapsules according to the invention thus produced is subjected to a treatment which, if appropriate, also regulates aggregates of two or more particles present in the dispersion.
  • a suitable method for this is, for example, ultrasound treatment.
  • the dispersion of the microcapsules according to the invention is in a ultrasonic bath at a temperature of about 10 to about 200 to about 200, for example about 1 to about 50 minutes 50 ° C, for example at about 15 to about 25 ° C treated.
  • Further suitable pretreatment methods are, for example, the treatment of the dispersion of the microcapsules according to the invention in the Ultraturrax in the colloid mill, in the homogenizer, in a mixing turbine or in a static mixer.
  • a microcapsule according to the invention produced in this way can, for example, be provided with a further capsule shell.
  • Such further capsule shells can be applied, for example, by mechanical-physical microencapsulation processes.
  • a first suitable mechanical-physical microencapsulation process is, for example, spray drying. It is a very general process for microencapsulation, in which an emulsion or dispersion is atomized in a hot, inert gas stream. A film-forming polymer is dissolved in a continuous phase, which also surrounds the particles to be encapsulated in the spray drop. When the volatile components evaporate, this solution shrinks to a pure polymer shell, which firmly encloses the particle to be encapsulated. Such capsules are obtained as a free-flowing, dry powder.
  • the capsule shell then contains at least one water-soluble or at least water-dispersible polymer which has a molecular weight of more than about 100, in particular more than about 2000 or 3000.
  • a water-soluble polymer is understood to mean a polymer which forms an essentially molecularly disperse solution in water.
  • a water-dispersible polymer is understood to mean a polymer which forms a stable dispersion in water, if appropriate in the presence of a suitable emulsifier.
  • the capsule shell contains a polymer which is either water-soluble or self-dispersible in water.
  • a polymer which is self-dispersible in water is a Understand polymer that forms a dispersion in water essentially without the addition of an emulsifier.
  • Polymers suitable as part of a further layer of the capsule shell in the context of the present invention preferably have one or more OH groups or one or more COOH groups or sulfonic acid groups or both.
  • Suitable polymers are, for example, cellulose or cellulose ethers such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, in particular hydroxyethyl cellulose or their mixed ethers such as methyl hydroxyethyl or hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose or ethyl hydroxyethyl cellulose or a mixture of two or more of the polymers mentioned.
  • Copolymers are also suitable, in the production of which at least one further monomer was used in addition to vinyl acetate and whose vinyl acetate portion was wholly or partly saponified.
  • Corresponding copolymers can be used as statistical copolymers or as block copolymers.
  • Suitable comonomers are, for example, acrylic acid, methacrylic acid, ethylene, styrene or ⁇ -methylstyrene, where appropriate block copolymers can be based on two or more of the monomers mentioned.
  • a styrene / vinyl acetate copolymer is used as part of a further layer of the capsule shell, the vinyl acetate units of which are saponified to at least 60%, preferably to at least 80% or 90%.
  • polyvinyl alcohol is used as part of a further layer of the capsule shell, polyvinyl alcohol with a degree of saponification of about 70 to about 90% is particularly suitable.
  • the sulfonic acid derivatives of the abovementioned compounds for example Na polystyrene sulfonate with a molecular weight (M w ) of about 50,000 to about 100,000.
  • M w molecular weight
  • a preferred embodiment of the present invention uses, for example, mixtures of hydrophobic and hydrophilic polymers, in particular mixtures containing styrene and at least one hydrophilic polymer, for example cellulose or a cellulose derivative or polyvinyl alcohol.
  • polymer mixtures are used as material for the further layer of the capsule shell, which were produced by polymerizing styrene in the presence of a hydrophilic polymer, for example in the presence of cellulose or in the presence of a cellulose ether or in the presence of polyvinyl alcohol.
  • the polymers contained in such a further layer of the capsule shell have a molecular weight of at least about 1000, preferably at least about 3000.
  • the molecular weight of the polymers contained in the capsule shell is at least about 5000, for example at least about 10,000.
  • the upper limit for the molecular weight of the polymers contained in the capsule shell is about 1,000,000, but preferably less. Suitable upper limits for corresponding molecular weights are, for example, 200,000, 100,000 or approximately 50,000. If, for example, a cellulose ether is used as a component of the further layer of the capsule shell, a molecular weight of approximately 15,000 to approximately 40,000 has proven successful.
  • the molecular weight should be about 10,000 to about 35,000.
  • the spray drying is carried out in such a way that the temperature of the aqueous dispersion or solution is about 5 to about 70 ° C., for example about 10 to about 50 ° C. or about 15 to about 30 ° C.
  • the temperature of the air stream is preferably set such that it is about 100 to about 200, for example about 120 to about 160 ° C., the temperature of the air stream being set at least such that the temperature of the spray dryer is dependent on the type and design of the spray dryer used Capsules to be dried do not rise above the temperature required to open the capsule.
  • microcapsules according to the invention can be used in particular in the production of adhesives.
  • the microcapsules according to the invention are surrounded with a matrix of a compound or a mixture of two or more compounds which can harden with the capsule contents to form a covalent bond.
  • curing refers to a chemical curing reaction which takes place with an increase in molecular weight or crosslinking or both.
  • the present invention therefore also relates to an adhesive comprising at least one component A and one component B, wherein
  • Component A contains at least one microcapsule according to the invention or a microcapsule produced by a method according to the invention, and component B contains at least one compound with at least two functional groups Y.
  • component A of the adhesive according to the invention can have, in addition to the microcapsules according to the invention, another component or two or more further components.
  • further components in the context of the present invention viewed such constituents which consist exclusively of the compounds contained in the microcapsules, but which have a different morphology.
  • Another type of morphology can consist, for example, in that the constituent referred to as the capsule content is not enclosed by the capsule shell, but only adheres to the capsule shell at one or more points and thus forms an aggregate of the capsule contents and capsule shell material.
  • the term “different morphology” relates to aggregates which consist exclusively of the compounds contained in the microcapsules, but in which several of the constituents forming the capsule content adhere to a structure made of capsule shell material, for example spherical.
  • Component B of the adhesive according to the invention contains, for example, at least one compound with at least two functional groups Y.
  • a compound contained in component B of the adhesive according to the invention can carry two or more identical functional groups Y.
  • Suitable functional groups Y are in principle all functional groups which can react with the functional groups X of the capsule content to form a covalent bond.
  • the functional group Y represents a functional group selected from the group consisting of isocyanates, epoxides, carboxylic acids, carboxylic esters, carboxylic acid chlorides or carboxylic acid anhydrides.
  • the functional group Y represents an epoxy group or an isocyanate group.
  • component B contains at least one epoxy resin, as is the case, for example, by reacting polyhydric phenols such as bisphenol-A, bisphenol-F, catechol or resorcinol or polyhydric alcohols such as glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sugars such as glucose and fructose , Mannose, galactose, dextrose, sorbitol or Mannitol and their reaction products with ethylene oxide or propylene oxide or a mixture thereof, or of hydroxycarboxylic acids such as p-hydroxybenzoic acid or 2-hydroxynaphthenic acid with epichlorohydrin is available.
  • polyhydric phenols such as bisphenol-A, bisphenol-F, catechol or resorcinol or polyhydric alcohols such as glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sugars such as glucose and fructose , Mannose, galactose
  • polyglycidyl esters as can be obtained by reacting polycarboxylic acids such as phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid with epichlorohydrin.
  • epoxy resins are the reaction products of amines such as 4,4'-diaminodiphenylmethane, m-aminophenol and the like, for example the reaction products of the amines already mentioned above as capsule content with epichlorohydrin.
  • polymeric epoxy resins such as those obtainable by reacting appropriate prepolymers, for example prepolymers containing OH groups or NH groups, with epichlorohydrin.
  • Such polymeric epoxy resins can have, for example, two or more epoxy groups.
  • the epoxy groups can, for example, be arranged at the chain end of the polymers, but they can also be arranged within the polymer chain.
  • Suitable prepolymers are, for example, polymeric polyol components such as the reaction products of low molecular weight polyfunctional alcohols with alkylene oxides, so-called polyethers.
  • the alkylene oxides preferably have 2 to 4 carbon atoms.
  • the reaction products of ethylene glycol, propylene glycol, the isomeric butanediols or hexanediols with ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide, or mixtures of two or more thereof are suitable.
  • polyether polyols with a molecular weight of about 100 to about 10,000, preferably from about 200 to about 5,000.
  • polypropylene glycol with a molecular weight of approximately 300 to approximately 2500 is very particularly preferred.
  • polyether polyols such as those obtained from the polymerization of tetrahydrofuran.
  • the polyethers are reacted in a manner known to those skilled in the art by reacting the starting compound with a reactive hydrogen atom with alkylene oxides, for example ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide, tetrahydrofuran or epichlorohydrin or mixtures of two or more thereof.
  • alkylene oxides for example ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide, tetrahydrofuran or epichlorohydrin or mixtures of two or more thereof.
  • Suitable starting compounds are, for example, water, ethylene glycol, propylene glycol-1, 2 or -1, 3, butylene glycol-1, 4 or -1, 3 hexanediol-1, 6, octanediol-1, 8, neopentylglycol, 1, 4-hydroxymethylcyclohexane, 2 -Methyl-1, 3-propanediol, glycerin, trimethylolpropane, hexanetriol-1, 2.6, butanetriol-1, 2.4 trimethylolethane, pentaerythritol, mannitol, sorbitol, methylglycosides, sugar, phenol, isononylphenol, resorcinol, hydroquinone, 1, 2,2- or 1, 1, 2-tris (hydroxyphenyl) ethane, ammonia, methylamine, ethylenediamine, tetra- or hexamethyleneamine, triethanolamine, aniline
  • polyethers which have been modified by vinyl polymers.
  • Such products can be obtained, for example, by polymerizing styrene or acrylonitrile, or a mixture thereof, in the presence of polyethers.
  • polyester polyols with a molecular weight of approximately 200 to approximately 10,000.
  • polyester polyols can be used which are formed by reacting low molecular weight alcohols, in particular ethylene glycol, diethylene glycol, neopentyl glycol, hexanediol, butanediol, propylene glycol, glycerol or trimethylolpropane with caprolactone.
  • polyester polyols are 1,4-hydroxymethylcyclohexane, 2-methyl-1,3-propanediol, 1-butanetriol, 2,4, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, dibutylene glycol and polybutylene glycol.
  • polyester polyols can be produced by polycondensation. So difunctional and / or trifunctional alcohols with a deficit Dicarboxylic acids and / or tricarboxylic acids, or their reactive derivatives, are condensed to polyester polyols.
  • Suitable dicarboxylic acids are, for example, succinic acid and its higher homologues with up to 16 carbon atoms, furthermore unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid or fumaric acid and aromatic dicarboxylic acids, in particular the isomeric phthalic acids such as phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid.
  • Citric acid or trimellitic acid are suitable as tricarboxylic acids.
  • polyester polyols from at least one of the dicarboxylic acids and glycerol mentioned, which have a residual content of OH groups are particularly suitable.
  • Particularly suitable alcohols are hexanediol, ethylene glycol, diethylene glycol or neopentyl glycol or mixtures of two or more thereof.
  • Particularly suitable acids are isophthalic acid or adipic acid or a mixture thereof.
  • polyols used as polyol components for the production of the epoxides are dipropylene glycol and polyester polyols, preferably polyester polyols obtainable by polycondensation of hexanediol, ethylene glycol, diethylene glycol or neopentyl glycol or mixtures of two or more thereof and isophthalic acid or adipic acid, or mixtures thereof.
  • High molecular weight polyester polyols include, for example, the reaction products of polyfunctional, preferably difunctional alcohols (optionally together with small amounts of trifunctional alcohols) and polyfunctional, preferably difunctional carboxylic acids.
  • polyfunctional preferably difunctional alcohols
  • polyfunctional preferably difunctional carboxylic acids.
  • the corresponding polycarboxylic anhydrides or corresponding polycarboxylic esters with alcohols with preferably 1 to 3 carbon atoms can also be used (if possible).
  • the polycarboxylic acids can be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic, or both. They can optionally be substituted, for example by alkyl groups, alkenyl groups, ether groups or halogens.
  • polycarboxylic acids examples include succinic acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, Hexahydrophthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride, endomethylene tetrahydrophthalic anhydride, glutaric anhydride, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, dimer fatty acid of trimer fatty acid or mixtures of two or more thereof. If necessary, minor amounts of monofunctional fatty acids can be present in the reaction mixture.
  • polyester polyols may optionally have a small proportion of carboxyl end groups.
  • Polyesters obtainable from lactones, for example ⁇ -caprolactone or hydroxycarboxylic acids, for example ⁇ -hydroxycaproic acid, can also be used.
  • Polyacetals are also suitable as the polyol component.
  • Polyacetals are understood to mean compounds such as are obtainable from glycols, for example diethylene glycol or hexanediol, or a mixture thereof with formaldehyde.
  • Polyacetals which can be used in the context of the invention can likewise be obtained by the polymerization of cyclic acetals.
  • Polycarbonates are also suitable as the polyol component.
  • Polycarbonates can be obtained, for example, by the reaction of diols, such as propylene glycol, 1,4-butanediol or 1,6-hexanediol, diethylene glycol, triethylene glycol or tetraethylene glycol or mixtures of two or more thereof with diaryl carbonates, for example diphenyl carbonate, or phosgene.
  • epoxides are, for example, epoxy DER-331 (manufacturer: Dow Chemicals) or the epoxides of the Epikote series, for example Epikote 828 (manufacturer: Shell AG).
  • the reaction product of bisphenol-A and epichlorohydrin is particularly suitable in the context of the present invention.
  • component B contains one, two or more compounds which carry isocyanate groups as functional group Y.
  • a compound bearing isocyanate groups can, for example, be of low molecular weight, ie, for example, have a molecular weight of less than about 250.
  • the isocyanate group-bearing compound has a molecular weight higher than 250.
  • polyurethane prepolymers for example, can be used as compounds bearing isocyanate groups.
  • Compounds which carry isocyanate groups are, for example, compounds such as ethylene diisocyanate, 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), cyclobutane-1,3-diisocyanate, cyclohexane-1,3- and -1,4-diisocyanate as well as mixtures two or more of them, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), 2,4- and 2,6-hexahydrotoluenediisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI), 1, 3 and 1, 4 -Phenylene diisocyanate, 2,4- or 2,6-tolylene diisocyanate, diphenylmethane-2,4'-diisocyanate, diphenylmethane-2,2'
  • isocyanates in the context of the present invention are trivalent or higher-valent isocyanates, such as are obtainable, for example, by oligomerizing diisocyanates.
  • trivalent and higher polyisocyanates are the triisocyanurates from HDI or IPDI or their mixtures or their mixed triisocyanurates.
  • polyurethane prepolymers such as those obtainable by reacting polyfunctional isocyanates with a low molecular weight or polymeric polyol component.
  • polyfunctional isocyanates are the isocyanates described above.
  • polyols can be used as the low molecular weight polyol component.
  • these are aliphatic alcohols with 2 to 4 OH groups per molecule.
  • the OH groups can be either primary or secondary.
  • Suitable aliphatic alcohols include, for example, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1-pentanediol, 5, 1-hexanediol, 6, 1-heptanediol, 7, 1-octanediol, 8 and their higher homologs or isomers, as described for the person skilled in the art from a gradual extension of the hydrocarbon chain by one CH 2 group or with the introduction of Branches in the carbon chain result.
  • Highly functional alcohols such as, for example, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol and oligomeric ethers of the substances mentioned with themselves or in a mixture of two or more of the ethers mentioned are also suitable.
  • Suitable polymeric polyol components are the polymeric polyol components already described above as being suitable for producing the epoxides.
  • Polyurethane prepolymers suitable for the purposes of the present invention preferably have a molecular weight of more than about 350, for example more than about 500 or more than about 1000.
  • the upper limit of the molecular weight is generally limited by the application viscosity of an appropriate adhesive containing such a polyurethane prepolymer. If, for example, an adhesive of this kind is to be dispensed with, the molecular weight of such a polyurethane prepolymer is generally chosen such that the adhesive has a suitable application viscosity.
  • corresponding polyurethane prepolymers should have a molecular weight that is, for example, less than about 50,000, in particular less than about 10,000.
  • the adhesive according to the invention can contain solvents, then polyurethane prepolymers with correspondingly higher molecular weights can be used.
  • solvents commonly used in polyurethane chemistry can be used as solvents, in particular esters, ketones, halogenated hydrocarbons, alkanes, alkenes and aromatic hydrocarbons.
  • solvents are methylene chloride, trichlorethylene, toluene, xylene, butyl acetate, amyl acetate, isobutyl acetate, methyl isobutyl ketone, methoxybutyl acetate, cyclohexane, cyclohexanone, dichlorobenzene, diethyl ketone, di-isobutyl ketone, dioxane, ethyl acetate, ethyl acetate, ethylene glycol monoethylacyl ethylhexyl ethyl acetate, ethylene glycol monoethylacetyl glycol ethylhexyl ethyl acetate, ethylene
  • the equivalent ratio of reactive functional groups X in component A to functional groups Y in component B is about 1: 100 to about 1: 1.
  • the term “equivalent ratio” is understood to mean the molar ratio of functional groups X to functional groups Y.
  • Another object of the present invention is a method for producing an adhesive according to any one of claims 8 to 10, in which a component A and a component B, wherein
  • Component A contains at least one microcapsule according to the invention, and component B contains at least one compound with at least two functional groups Y,
  • microcapsules according to the invention or microcapsules produced according to the method according to the invention or the adhesives according to the invention depending on the adhesive system chosen, different substrates can be bonded.
  • the present invention therefore also relates to a method for bonding at least two substrates, in which an adhesive, at least containing a microcapsule, consisting of a capsule shell and a capsule content, on the surface of at least one substrate, the capsule content comprising at least one non-water-soluble compound with at least one has two functional groups X which are reactive towards isocyanate groups or epoxy groups or carboxyl groups or activated carboxyl groups and the capsule shell by reaction of functional groups X of the capsule content with a water-emulsifiable compound which has functional groups Z which are reactive with the functional groups X of the capsule contents is formed, is applied to at least one substrate surface, and the adhesive is heated or irradiated before, during or after the substrates have been joined together.
  • all materials which can be glued with the aid of an adhesive which has the abovementioned microcapsules are suitable as substrates in the context of the present invention.
  • wood, metal, paper, glass, for example quartz glass, plastics such as polyester, polyoxymethylene (POM), polyalkyl acrylates or methacrylates such as polymethyl methacrylate or polymethyl acrylate, polyethylene and the like are particularly suitable.
  • POM polyoxymethylene
  • polyalkyl acrylates or methacrylates such as polymethyl methacrylate or polymethyl acrylate, polyethylene and the like are particularly suitable.
  • the method according to the invention requires heating or irradiating the adhesive containing microcapsules with high-energy radiation.
  • the heating should be carried out, for example, over a period of from about 5 to about 500 seconds, for example from about 30 to about 50 seconds.
  • the time required to achieve adequate bonding for a corresponding heating also depends on the temperature achieved in the course of the heating. Depending on the substrate to be bonded, temperatures in a range from approximately 70 to approximately 150 ° C., in particular approximately 80 to approximately 120 ° C., for example approximately 90 to approximately 110 ° C., have proven successful.
  • high-energy radiation is radiation with a wavelength of 200 to 700 nm, in particular of 220 to 650 nm.
  • Microwaves are also suitable for irradiating the substrates coated with an adhesive according to the invention.
  • the curing of the adhesive can be done, for example, in a commercially available Microwave oven can be made. Suitable irradiation times vary between about 2 seconds and about 10 minutes, preferably curing is carried out within about 0.5 to about 3 minutes.
  • the energy density prevailing during irradiation for the wavelength range from 200 to 700 nm, in particular from 200 to 650 nm, on the irradiated material should be at least about 0.2 J / cm 2 .
  • energy densities of approximately 0.5 to approximately 25 J / cm 2 or approximately 1 to approximately 15 J / cm 2 , for example approximately 3 to approximately 11 or approximately 5 to approximately 8 J / cm 2, are suitable.
  • the heating or irradiation with high-energy radiation provided in the context of the method according to the invention can in principle take place before, during or after the substrates are joined together. If the irradiation takes place before the substrates are joined together, the adhesive used should be set such that after the microcapsules have been opened there is still sufficient open time for the adhesive so that the substrates can be joined together and, if necessary, subsequently corrected.
  • a suitable open time can be from about 1 s to about 1 h, depending on the type of substrates bonded and the corresponding processing method involved.
  • the adhesive is heated or irradiated during the assembly of the substrates, this means that there is a time period of less than about 1 s between the heating or irradiation of the adhesive and the actual assembly of the substrates.
  • a corresponding energy source can be arranged in this method variant, for example, in such a way that an appropriate radiation dose is applied to the adhesive and substrate both before and after the assembly.
  • the substrate lying between the adhesive layer and the radiation source is transparent to the high-energy radiation used.
  • the substrate facing the radiation source is transparent to the high-energy radiation used.
  • a combination of heating and microwave radiation is used to carry out the method according to the invention.
  • the adhesive applied to the substrate is preferably first heated and then irradiated for a short time, for example for a period of about 0.5 to about 3 minutes, with microwave radiation having an output of about 200 to about 1500, in particular about 500 to about 900 watts ,
  • the present invention also relates to the use of a microcapsule according to the invention or a microcapsule produced by a method according to the invention for the production of adhesives.
  • Another object of the present invention is the use of a microcapsule according to the invention for bonding substrates.
  • the adhesives produced according to Examples 1 to 4 were used for the bonding of test specimens made of aluminum (100 x 25 x 1.5 mm).
  • the test specimens were degreased with acetone and an adhesive surface of 25 x 10 mm was marked for the adhesive application.
  • a test specimen was coated with the adhesive and joined on the marked surface with a second test specimen.
  • the bond was fixed with clips.
  • the adhesive composite was cured in a forced-air drying cabinet for 20 minutes at 150 ° C. After storage for one day at room temperature, the bonded test specimens were torn with a tearing machine (from Zwick) at a speed of 15 mm / minute.
  • the encapsulated diamines according to Examples 1 to 4 gave tensile shear strengths of 7.8, 9.3, 8.1 and 8.2 N / mm 2, respectively.
  • the adhesives produced according to Examples 1 to 4 were each filled into a glass bottle with a content of 10 ml.
  • the individual samples were positioned in the center of the irradiation plate in a commercially available microwave device (Miele De Luxe M693, max. 700 W). After an irradiation period of 2 minutes at an output of 700 watts, the adhesive was completely cured in all four samples.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrokapsel, bestehend aus einer Kapselhülle und einem Kapselinhalt, wobei der Kapselinhalt mindestens eine nicht wasserlösliche Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X aufweist sowie Verfahren zu deren Herstellung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Klebstoffe, die Mikrokapseln enthalten, Verfahren zur Verklebung von Substraten und die Verwendung solcher Mikrokapseln in Klebstoffen.

Description

Mikrokapseln, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung in
Klebstoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrokapsel, bestehend aus einer Kapselhülle und einem Kapselinhalt, wobei der Kapselinhalt mindestens eine nicht wasserlösliche Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X aufweist sowie Verfahren zu deren Herstellung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Klebstoffe, die Mikrokapseln enthalten, Verfahren zur Verklebung von Substraten und die Verwendung solcher Mikrokapseln in Klebstoffen.
Oberflächenbeschichtungsmittel, insbesondere Klebstoffe, enthalten häufig mehrere Komponenten, die nach dem Auftrag des Oberflächenbeschichtungs- mittels miteinander unter Ausbildung kovalenter Bindungen reagieren und damit eine Aushärtung des Oberflächenbeschichtungsmittels bewirken. Die verschiedenen Komponenten können beispielsweise im Oberflächenbeschichtungsmittel derart vorliegen, daß ein Aushärten erst bei höheren Temperaturen erfolgt, während bei üblichen Umgebungstemperaturen, wie sie beispielsweise beim Auftrag des Oberflächenbeschichtungsmittels herrschen können, keine Reaktion der Komponenten untereinander stattfindet. Derartige, üblicherweise als 1K-Systeme bezeichnete Oberflächenbeschichtungsmittel benötigen jedoch häufig sehr hohe Temperaturen, um auszuhärten. Dies schränkt die Verwendung solcher 1K-Systeme jedoch dahingehend ein, daß bestimmte, insbesondere wärmeempfindliche Substrate nicht mit einem derartigen Oberflächenbeschichtungsmittel verarbeitet werden können.
Demgegenüber existieren Oberflächenbeschichtungsmittel, welche aus zwei getrennt vorliegenden Komponenten (sogenannte 2K-Systeme) bestehen. Diese beiden Komponenten werden üblicherweise kurz vor dem geplanten Einsatz des Oberflächenbeschichtungsmittels vermischt. Während derartige 2K-Systeme zwar eine Aushärtung bei Umgebungstemperatur oder nur wenig erhöhten Temperaturen erlauben, erfordern sie jedoch vor der Anwendung einen Abmischvorgang, bei dem definierte Mengen der beiden Komponenten möglichst genau abgewogen miteinander vermischt werden müssen. In der Praxis werden jedoch bei solchen Mischungen häufig die erforderlichen Mischungsverhältnisse nicht genau eingehalten, wodurch die Leistungsfähigkeit der Oberflächen- beschichtung im Hinblick auf optimale Aushärtung verschlechtert wird. Darüber hinaus müssen derartige 2K-Systeme in der Regel kurz nach dem Vermischen bereits verarbeitet werden, da sonst die fortschreitende Aushärtung der vermischten Komponenten eine weitere Verarbeitung erschwert oder unmöglich macht. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn größere Mengen an Oberflächenbeschichtungsmitteln verwendet werden sollen. In diesem Fall müssen wiederholt nacheinander mehrere kleine Portionen zur Anwendung zubereitet werden, was den Aufwand bei der Verarbeitung solcher Systeme erheblich erhöht.
Um diesen Nachteilen Abhilfe zu verschaffen, wurden im Stand der Technik Systeme beschrieben, die eine der beiden Komponenten eines 2K-Systems in desaktivierter Form enthalten.
So beschreibt beispielsweise die EP-A 0 193 068 eine 1K-Epoxidharzzusammen- setzung, die ein Epoxidharz mit durchschnittlich mindestens zwei Epoxygruppen pro Molekül und eine pulverförmige Aminoverbindung enthält. Die Aminoverbindung wurde mit einer Beschichtung versehen, die entweder durch Adhäsion oder durch kovalente Bindung zwischen Beschichtung und Pulverpartikel am Pulverpartikel haftet. Die Beschichtung wird durch Auftrag einer Verbindung bewirkt, die mindestens eine Isocyanatgruppe, eine Carboxylgruppe, eine Anhydridgruppe oder eine Säurechloridgruppe aufweist.
Die EP-A 0 547 379 betrifft einen Klebstoff, der ein Diamin und ein Isocyanat enthält, wobei entweder das Diamin oder das Isocyanat in einer Mikrokapsel eingeschlossen ist. Die in der Druckschrift eingesetzten Mikrokapseln sind jedoch sehr groß. Dies schränkt beispielsweise die Verwendung der beschriebenen Mikrokapseln für Klebefugen mit einer unterhalb eines solchen Größenwertes liegenden Spaltbreite stark ein. Weiterhin sedimentieren die beschriebenen Mikrokapseln leicht, wodurch der solche Mikrokapseln enthaltende Klebstoff inhomogen wird. Hierdurch wird eine Verklebung nicht reproduzierbar oder schlägt sogar fehl.
In "Die angewandte makromolekulare Chemie 190 (1991), 81 - 98" werden thermolabile Mikrokapseln beschrieben, die durch Grenzflächen-Polykondensation hergestellt werden. Eine der Kondensationskomponenten weist dabei eine Azo- Funktion auf. Die Mikrokapseln sind mit einem Farbstoff gefüllt und öffnen sich bei Hitzeeinwirkung. Der dadurch freigesetzte Farbstoff kann auf entsprechende Unterlagen, beispielsweise nach dem Prinzip des Thermotransferdrucks, übertragen werden. Die beschriebenen Mikrokapseln weisen zwar Durchmesser von etwa 1 bis 3 μm auf, ihre Kapselwand wurde jedoch nicht unter Verwendung eines wasseremulgierbaren Polyisocyanats hergestellt.
Die bislang aus dem Stand der Technik bekannten Mikrokapselsysteme weisen im Hinblick auf eine Verwendung in Klebstoffen verschiedene Nachteile auf. So werden beispielsweise insbesondere im Bereich der Verklebung von Folien Klebstoffe gefordert, die auch bei der Verklebung besonders dünner Folien eine im wesentlichen ebene Klebefläche ergeben. Dies ist jedoch bei der Verwendung von Mikrokapselsystemen, deren Mikrokapseln einen Durchmesser von mehr als etwa 20 μm aufweisen, nur schwer zu realisieren. Auch die Verklebung von Oberflächen, die Unebenheiten wie Spalten oder Löcher aufweisen, deren Durchmesser im μm-Bereich liegt, lassen sich mit derartigen Systemen nur schlecht verkleben, da die zum Aushärten des Klebstoffs benötigten Mikrokapseln aufgrund ihres großen Durchmessers derartige Spalten oder Löcher nicht penetrieren können. So härtet jedoch der in solchen Spalten oder Löchern befindliche Klebstoffanteil nicht oder zu langsam aus.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Mikrokapseln die einen entsprechend kleinen Durchmesser aufweisen, sind im Hinblick auf ihre aufwendige Herstellung in der Regel für Klebstoffanwendungen nur schlecht geeignet. Zur Erzielung entsprechend geringer Durchmesser für die Mikrokapseln sind Verfahren notwendig, die auf einer hohen Drehzahl eines entsprechenden Dispergators beruhen. Derartige Dispergiersysteme sind jedoch für eine großtechnische Anwendung häufig zu teuer und weisen einen hohen Wartungsaufwand auf. Die üblicherweise bei den im Stand der Technik beschriebenen Verkapselungsverfahren eingesetzte Grenzflächenpolymerisation weist dabei noch weitere Nachteile auf. Häufig bilden die mit Hilfe derartige Verfahren verkapselten Mikrokapseln nach der Verkapselung schwer trennbare Agglomerate, die als Agglomerat einen im Hinblick auf die oben beschriebenen Bedürfnisse nicht akzeptierbar großen Teilchendurchmesser aufweisen.
Es bestand also ein Bedürfnis nach Mikrokapseln zur Anwendung in Klebstoffsystemen, die einen möglichst geringen Durchmesser aufweisen deren Herstellung jedoch mit einem möglichst geringen Aufwand verbunden ist. Weiterhin bestand ein Bedürfnis nach Klebstoffen, die mindestens zwei miteinander reaktive Komponenten enthalten, wobei eine der Komponenten als Mikrokapsel in einer Matrix der anderen Komponente verteilt vorliegt. Weiterhin bestand ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur Herstellung derartiger Mikrokapseln.
Demnach bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung derartiger Mikrokapseln, in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung solcher Mikrokapseln, in der Bereitstellung eines Klebstoffs, der solche Mikrokapseln enthält.
Gelöst werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben durch Mikrokapseln, Verfahren zu deren Herstellung sowie durch Klebstoffe, wie sie im nachfolgenden Text beschrieben sind.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Mikrokapsel mit einem Durchmesser von 0,1 bis 20 μm, bestehend aus einer Kapselhülle und einem Kapselinhalt, wobei der Kapselinhalt mindestens eine nicht wasserlösliche Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X aufweist, und die Kapselhülle durch Reaktion von funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts mit einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, entstanden ist.
Eine Verbindung wird dann im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "nicht wasserlöslich" bezeichnet, wenn ihre Wasserlöslichkeit in demineralisiertem Wasser bei einem pH-Wert von 6,5 und einer Temperatur von 20 °C weniger als etwa 0,5 g/l, insbesondere weniger als etwa 0,1 g/l beträgt.
Unter einer "Mikrokapsel" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gebilde verstanden, das einen Kapselinhalt und eine Kapselhülle aufweist. Eine solche "Mikrokapsel" weist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als etwa 20 μm, beispielsweise weniger als 17 μm, weniger als 14 μm oder weniger als 10 μm auf. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen mindestens etwa 50 %, vorzugsweise mindestens etwa 80 oder mindestens etwa 95 % der erfindungsgemäßen Mikrokapseln einen Durchmesser von weniger als etwa 10 μm auf. Die angegebenen Durchmesser beziehen sich dabei auf Meßwerte für Teilchendurchmesser wie sie mittels üblicher Verfahren zur Bestimmung von Teilchendurchmessern erhältlich sind. Geeignete Meßverfahren sind beispielsweise Siebverfahren, Lichtstreuung, Elektronenmikroskopie, Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie oder Sedimentationsverfahren. Dieser Definition steht nicht entgegen, daß sich zwei oder mehr Mikrokapseln zur Bildung eines Aggregats zusammengelagert haben. Entscheidend ist im vorliegenden Fall die Teilchengröße der einzelnen, am Aggregat teilnehmenden Mikrokapseln.
Der Begriff "Molekulargewicht" bezieht sich im Rahmen des vorliegenden Textes, sofern er auf polymere oder oligomere Verbindungen angewandt wird, auf das Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw), wie es durch GPC unter geeigneten Bedingungen, beispielsweise bezogen auf einen Polystyrol-Standard, ermittelt werden kann.
Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln können im wesentlichen eine beliebige Raumform aufweisen. Geeignet sind beispielsweise kugelförmige, quadratische, quaderförmige, zylindrische oder kegelförmige Raumformen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Mikrokapseln jedoch eine im wesentlichen kugelförmige Raumform auf.
Als Kapselinhalt weisen die erfindungsgemäßen Mikrokapseln in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxygruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X auf.
Der Begriff „aktivierte Carboxylgruppen" bezieht sich im Rahmen des vorliegenden Textes auf funktioneile Gruppen der Struktur -C(0)-Z, worin Z für eine elektronenziehende Gruppe (Atom oder Gruppe mit -I-Effekt) steht. Entsprechende aktivierte Carboxylgruppen sind dem Fachmann bekannt. Beispiele für derartige aktivierte Carboxylgruppen sind sogenannte Aktivester oder Säurechloride.
Geeignete funktioneile Gruppen X sind beispielsweise OH-, NH2-, NHR1, SH- oder COOH-Gruppen, wobei R1 für einen linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten Alkylrest mit 1 bis etwa 24 C-Atomen steht.
Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Kapselinhalt geeignete Verbindung kann dabei nur eine Art an funktionellen Gruppen X aufweisen, d. h., daß alle an einem Molekül der entsprechenden Verbindung befindlichen funktionellen Gruppen X identisch sind. Es ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenso möglich, daß der Kapselinhalt eine Verbindung enthält, die zwei oder mehr funktionelle Gruppen X aufweist, wobei mindestens zwei der funktionellen Gruppen X einer Verbindung unterschiedlich sind. So ist es beispielsweise möglich, im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Kapselinhalt eine Verbindung einzusetzen, die beispielsweise mindestens eine OH-Gruppe und mindestens eine NH-Gruppe aufweist.
Eine erfindungsgemäße Mikrokapsel kann als Kapselinhalt im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur eine Verbindung aufweisen, die eine funktionelle Gruppe X trägt. Es ist erfindungsgemäß jedoch ebenso vorgesehen, daß eine erfindungsgemäße Mikrokapsel als Kapselinhalt zwei oder mehr unterschiedliche Verbindungen enthält. Derartige unterschiedliche Verbindungen können sich dabei in Zahl oder Art der funktionellen Gruppen X oder in der die funktionelle Gruppe X tragenden Konstitution oder in beidem unterscheiden.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine erfindungsgemäße Mikrokapsel als Kapselinhalt 1 , 2 oder 3 unterschiedliche Verbindungen mit einer funktionellen Gruppe X.
Eine als Kapselinhalt geeignete Verbindung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur zwei funktionelle Gruppen X aufweisen. Es ist jedoch ebenso möglich, daß der Kapselinhalt einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel eine Verbindung aufweist, die mehr als zwei funktionelle Gruppen X, beispielsweise drei, vier oder fünf funktionelle Gruppen X aufweist. Die Zahl der funktionellen Gruppen X einer solchen Verbindung kann dabei eine ganze Zahl sein, beispielsweise, wenn der Kapselinhalt nur eine Art von Verbindungen mit einer funktionellen Gruppe X enthält. Es ist jedoch ebenso möglich, daß die Zahl der funktionellen Gruppen X eine zwischen zwei geraden Zahlen liegende Zahl, beispielsweise 2,1, 2,5, 2,8 oder dergleichen beträgt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Kapselinhalt ein Gemisch aus zwei oder mehr Verbindungen mit einer unterschiedlichen Anzahl an funktionellen Gruppen X enthält. In einem solchen Fall kann der Kapselinhalt beispielsweise Verbindungen enthalten, die sich nur in der Zahl der funktionellen Gruppen X unterscheiden.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine erfindungsgemäße Mikrokapsel als Kapselinhalt mindestens eine Verbindung auf, die mindestens eine Aminogruppe als funktionelle Gruppe X trägt.
Geeignete Amine sind beispielsweise aliphatische Amine wie Ethylendiamin, Propylendiamin, Butylendiamin, Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin, Heptamethylendiamin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Decamethylen- diamin, Undecamethylendiamin, Dodecamethylendiamin sowie die höheren Homologen dieser Verbindungen, wie sie sich durch schrittweise Verlängerung der Kohlenstoffkette ergeben. Die Aminogruppen können sich bei den genannten Verbindungen grundsätzlich an beliebigen Kohlenstoffatomen befinden. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden jedoch als Kapselinhalt Amine der vorgenannten Art eingesetzt, welche die Aminogruppen endständig tragen.
Ebenfalls als Kapselinhalt im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind Verbindungen, die zwei oder mehr Aminogruppen aufweisen. Geeignete Beispiele für derartige Amine sind Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylen- pentamin oder Diethylaminopropylamin.
Besonders geeignet sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung aromatische Amine wie m-Phenylendiamin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphenylsulfon, Bisaminomethyldiphenylenmethan, o-Phenylendiamin, Triaminobenzol, o-Amino- benzylamin, 2,4-Diaminotoluol, Benzidin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, p,p- Bisaminomethylbiphenyl, p,p-Bisaminomethyldiphenylenmethan, m-Phenylen- diamin, p-Phenylendiamin, 4-Aminodiphenylamin, Hydrazide wie Adipinsäure- dihydrazid, Succindihydrazid, Sebacindihydrazid, Terephthaldihydrazid, Dicyandi- amide, Imidazolverbindungen wie Imidazol, 2-Methylimidazol, 2-Undecylimidazol, 4-Methylimidazol, 2-Phenylimidazol, 2-Heptadecylimidazol, 1-Cyanoethyl-2- methylimidazol, 1-Cyanoethyl-2-undecylimidazoltrimellitat, 2-Ethylimidazol, 2- Isopropylimidazol, 2-Dodecylimidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol und Imidazolin- verbindungen wie 2-Methylimidazolin, 2-Phenylimidazolin, 2-Undecylimidazolin oder 2-Heptadecylimidazolin oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der genannten Aminoverbindungen.
Weiterhin sind als Amine im Rahmen der vorliegenden Erfindung die folgenden Amine einsetzbar: Isophorondiamin, m-Xylylendiamin, 2,2,4-Trimethylhexa- methylendiamin, 4,4'-Trimethylendipiperidin, 1 ,3-Di(4-piperidyl)propan, 4,4-Di- aminodicyclohexylmethan, 1 ,4-Diazabicyclo[2.2.2]Octan (DABCO) und polymere Di- oder Polyamine wie beispielsweise Aminogruppen aufweisende Polyester, Polyurethane oder Polyether, insbesondere die unter dem Handelsnamen Jeffamine® von der Huntsman Corp. erhältlichen, Aminogruppen tragenden Polyalkylenglykole. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Kapselinhalt 4-Aminodiphenylamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'- Trimethylendipiperidin, Bis-(4-Aminocyclohexyl)methan, 4,4'-Methylenbis(2,6- diethylanilin, Diamino-m-xylol, 1 ,4-Diaminocyclohexan, 1 ,4-Bis(Amino- methyl)benzol, 1 ,12-Diaminododecan, 1,8-Diaminooctan, 1,6-Diaminohexan, Diaminodiphenylethan, Phenylendiamin-1 ,3, Phenylendiamin-1 ,4, Dipropoxy-p- toluidin, Diethoxy-p-toluidin, Dicyandiamid, Amine wie sie beispielsweise als Handelsprodukt "Metallon Härter" von der Firma Henkel erhältlich sind, polymere Amine des Jeffamin-Typs, beispielsweise Jeffamin ED 2003, Jeffamin D 2000, Jeffamin D 3000 oder Jeffamin D 5000, Isophorondiamin, 3-(Amino- methyl)benzylamin, 2,2-Dimorpholinodiethylether, Trimethyl-1,6-Hexandiamin, Bis- (2-aminoethylamin), Kokosfettaminoxyethylate, Oleylaminoxyethylate, N,N- Bisaminopropyl-talgfettamin, Oleylpropylendiamin, Dodecylpropylendiamin oder Talgfettpropylendiamin wie sie unter dem Handelsnamen Genamin als Produkte C020, O020, 3119, OLP100, LAP100D oder TAP100D von der Firma Clariant erhältlich sind, Bis(aminocyclohexyl)methan oder 2,2'-Dimethyl-4,4'- methylenbis(cyclohexylamin) oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon.
Als Carboxylgruppen tragende Verbindungen, d. h., als Verbindungen mit mindestens zwei Carboxylgruppen als funktionelle Gruppen X, eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere die nicht wasserlöslichen Dioder Polycarbonsäuren. Derartige Di- oder Polycarbonsäuren können aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch oder beides sein. Sie können gegebenenfalls substituiert sein, beispielsweise durch Alkylgruppen, Alkenylgruppen, Ethergruppen oder Halogene. Als Polycarbonsäuren sind beispielsweise Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Trimellithsäure, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Dimerfettsäure oder Trimerfettsäure oder Gemische aus zwei oder mehr davon geeignet. Gegebenenfalls kann der Kapselinhalt einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel noch untergeordnete Mengen an monofunktionellen Carbonsäuren, insbesondere monofunktionellen Fettsäuren mit 6 bis 44 C-Atomen, enthalten.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine erfindungsgemäße Mikrokapsel als Kapselinhalt auch Verbindungen mit funktionellen Gruppen X aufweisen, deren Wasserlöslichkeit mehr als etwa 1 g/l beträgt, beispielsweise niedermolekulare Polyalkohole, niedermolekulare Polycarbonsäuren oder entsprechende niedermolekulare wasserlösliche Polyamine. In diesem Fall muß eine derartige Verbindung jedoch derart in eine Matrix einer entsprechenden Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen X eingebettet sein, daß zumindest der überwiegende Teil einer solchen Verbindung nicht in Lösung geht. Eine solche Einbeziehung kann beispielsweise derart geschehen, daß eine Schmelze einer entsprechenden Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen X mit einer Verbindung versetzt wird, die eine Wasserlöslichkeit von mehr als 1 g/l aufweist, die Schmelze abgekühlt und anschließend auf eine gewünschte Größe vermählen wird.
Eine erfindungsgemäße Mikrokapsel kann die oben genannten Verbindungen jeweils einzeln oder als Gemisch aus zwei oder mehr der genannten Verbindungstypen enthalten. Unter "Verbindungstypen" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeweils Verbindungen mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen X verstanden. So kann eine erfindungsgemäße Mikrokapsel beispielsweise ein Polyamin oder ein Gemisch aus zwei oder mehr verschiedenen Polyaminen, eine Polyhydroxyverbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr verschiedenen Polyhydroxyverbindungen oder ein Gemisch aus einem oder mehreren Polyaminen und einer oder mehreren Polyhydroxyverbindungen enthalten.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine erfindungsgemäße Mikrokapsel ein Polyamin oder mehrere Polyamine oder eine Polyhydroxyverbindung oder mehrere Polyhydroxyverbindungen, besonders bevorzugt jedoch ein Polyamin oder mehrere Polyamine.
Neben einer Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen X oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon, wie sie im Rahmen des vorliegenden Textes oben beschrieben wurden, kann der Kapselinhalt einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel noch weitere Zusatzstoffe enthalten.
Die weiteren Zusatzstoffe können beispielsweise eine Wasserlöslichkeit aufweisen, die unterhalb der obengenannten Grenze von etwa 1g/l liegt. Es ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenso möglich Zusatzstoffe einzusetzen, deren Wasserlöslichkeit die genannte Grenze überschreitet. In diesem Fall müssen die Zusatzstoffe jedoch, wie bereits oben beschrieben, in einer Matrix des Stoffes mit einer entsprechend geringeren Wasserlöslichkeit eingebettet sein.
Als weitere Zusatzstoffe eignen sich beispielsweise Katalysatoren, welche die Reaktion einer im Kapselinhalt einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel befindlichen Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen X mit einer Verbindung, die gegenüber solchen funktionellen Gruppen X reaktive funktionelle Gruppen aufweist, katalysieren.
Als Katalysatoren sind beispielsweise tertiäre Amine geeignet, z. B. Triethylamin, 1 ,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan (= DABCO) Dimethylbenzylamin, Bis-dimethylamino- ethylether und Bis-methylaminomethylphenol. Besonders geeignet sind 1-Methyl- imidazol, 2-Methyl-l-vinylimidazol, 1-Allylimidazol, 1-Phenylimidazol, 1 ,2,4,5- Tetramethylimidazol, 1-(3-Aminopropyl)imidazol, Pyrimidazol, 4-Dimethylamino- pyridin, 4-Pyrrolidinopyridin, 4-Morpholino-pyridin, 4-Methylpyridin und Dimorpholinodiethylether.
Es können auch zinnorganische Verbindungen als Katalysatoren eingesetzt werden. Darunter werden Verbindungen verstanden, die sowohl Zinn als auch einen organischen Rest enthalten, insbesondere Verbindungen, die eine oder mehrere SnC-Bindungen enthalten. Zu den zinnorganischen Verbindungen im weiteren Sinne zählen z. B. Salze wie Zinnoctoat und Zinnstearat. Zu den Zinnverbindungen im engeren Sinne gehören vor allem Verbindungen des vierwertigen Zinns der allgemeinen Formel Rn+ιSnZ3-n wobei n für eine Zahl von 0 bis 2 steht, R für eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe oder beides steht und Z schließlich für eine Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoff-Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon steht. Zweckmäßigerweise enthält R mindestens 4 C-Atome, insbesondere mindestens 8. Die Obergrenze liegt in der Regel bei 12 C-Atomen. Vorzugsweise ist Z eine Sauerstoffverbindung, also ein zinnorganisches Oxid, Hydroxid, Carboxylat oder ein Ester einer anorganischen Säure. Z kann aber auch eine Schwefelverbindung sein, also ein zinnorganisches Sulfid, Thiolat oder ein Thiosäureester. Bei den Sn-S-Verbindungen sind vor allem Thioglykolsäureester geeignet, z. B. Verbindungen mit folgenden Resten:
-S-CH2-CH2-CO-0-(CH2)ιo-CH3 oder -S-CH2-CH2-CO-0-CH2-CH(C2H5)-CH2-CH2-CH2-CH3.
Eine weitere als Katalysatoren geeignete Verbindungsklasse stellen die Dialkyl- Zinn-(IV)-Carboxylate dar (Z=O-CO-R1). Die Carbonsäuren haben 2, vorzugsweise wenigstens 10, insbesondere 14 bis 32 C-Atome. Es können auch Dicarbonsäuren eingesetzt werden. Als Säuren sind beispielsweise Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Terephthalsäure, Phenylessigsäure, Benzoesäure, Essigsäure, Propionsäure sowie insbesondere Capryl-, Caprin-, Laurin-, Myristin-, Palmitin- und Stearinsäure geeignet. Besonders geeignet sind beispielsweise Dibutylzinndiacetat und -dilaurat sowie Dioctylzinndiacetat und -dilaurat.
Auch Zinnoxide und -sulfide sowie -thiolate sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet. Konkrete Verbindungen sind: Bis(tributylzinn)oxid, Dibutylzinn- didodecylthiolat, Dioctylzinndioctylthiolat, Dibutylzinn-bis(thioglykolsäure-2-ethyl- hexylester), Octylzinn-tris-(thioglykolsäure-2-ethyl-hexylester), Dioctylzinn-bisrthio- ethylenglykol-2-ethylhexoat), Dibutylzinn-bisfthioethylen-glykollaurat), Dibutylzinn- sulfid, Dioctylzinnsulfid, Bis(tributylzinn)sulfid, Dibutylzinn-bis(thioglykolsäure-2- ethylhexylester), Dioctylzinn-bis(thioethylenglykol-2-ethylhexoat), Trioctylzinnthio- ethylenglykol-2-ethylhexoat sowie Dioctylzinn-bis(thiolatoessigsäure-2- ethylhexylester), Bis(S,S-methoxycarbonylethyl)zinn-bis(thiolatoessigsäure-2- ethylhexylester), Bis(S,S-acetyl-ethyl)zinn-bis(thiolatoessigsäure-2-ethyl-hexyl- ester), Zinn(ll)octylthiolat und Zinn(ll)thioethylenglykol-2-ethylhexoat.
Außerdem seien noch genannt: Dibutylzinndiethylat, Dihexylzinndihexylat, Dibutylzinndiacetylacetonat, Dibutylzinndiethylacetylacetat, Bis(butyldichlor- zinn)oxid, Bis(dibutylchlorzinn)sulfid, Zinn(ll)phenolat, Zinn(ll)-acetylacetonat, sowie weitere (α-Dicarbonylverbindungen wie Acetylaceton, Dibenzoylmethan, Benzoylaceton, Acetessigsäureethylester, Acetessigsäure-n-propylester, α,α'- Diphenylacetessigsäureethylester und Dehydroacetessigsäure. Eine erfindungsgemäße Mikrokapsel kann als Kapselinhalt darüber hinaus noch einen Photosensibilisator oder ein Gemisch aus zwei oder mehr Photosensibilisatoren enthalten. Unter einem "Photosensibilisator" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verbindung verstanden, welche die von ihr absorbierte Strahlungsenergie auf Moleküle überträgt, welche die eingestrahlte Energie nicht selbst absorbieren oder die von ihr absorbierte Strahlungsenergie direkt in Wärme umwandelt.
Erfindungsgemäß geeignete Photosensibilisatoren können beispielsweise eine oder mehrere funktionelle Gruppen X aufweisen, beispielsweise OH-, NH2 oder NHR1-Gruppen. Geeignete Photosensibilisatoren sind beispielsweise Benzophenon, Michler's Keton, 2-Acetonaphthon, Chrysen, Fluorenon, Benzil, 1 ,2-Benzanthrazen, Acridin, Anthrazen, Thioxanthon oder Fluorenon oder Verbindungen, die unter dem Namen Thinuvin® (Hersteller: Ciba Geigy) im Handel erhältlich sind. Ebenfalls geeignet sind Triazine, Benzotriazole und Benzophenonderivate, wie sie beispielsweise in der WO 98/03489 beschrieben werden, UV-Absorber, wie sie beispielsweise in EP-A 0 893 119, EP-A 1 032 563, Kunststoffe (1999), 89(7), 87-90 oder Ulimanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2000 Electronic Release, PAINTS AND COATINGS - Paint additives 5.7 Light Stabilizers oder Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2000 Electronic Release, Photochemistry, Table 8, beschrieben werden. Auf die in den entsprechenden Druckschriften genannten photoaktiven Verbindungen wird ausdrücklich verwiesen. Die Verbindungen werden als Bestandteil der Offenbarung des vorliegenden Textes betrachtet.
Neben einer Verbindung mit funktionellen Gruppen X oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Verbindungen mit funktionellen Gruppen X und gegebenenfalls einem Katalysator oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Katalysatoren oder einem Photosensibilisatoren oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Photosensibilisatoren oder entsprechenden Gemischen aus Katalysatoren und Photosensibilisatoren kann der Kapselinhalt eine erfindungsgemäße Mikrokapsel noch weitere Zusatzstoffe aufweisen. Hierzu zählen beispielsweise Weichmacher, Antioxidantien, Stabilisatoren, Farbstoffe, Duftstoffe, Pigmente und dergleichen. Als Weichmacher werden beispielsweise Weichmacher auf Basis von Phthalsäure eingesetzt, insbesondere Dialkylphthalate, wobei als Weichmacher Phthalsäureester bevorzugt sind, die mit einem etwa 6 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen aufweisenden, linearen Alkanol verestert wurden. Besonders bevorzugt ist hierbei das Dioctylphthalat.
Ebenfalls als Weichmacher geeignet sind Benzoatweichmacher, beispielsweise Sucrosebenzoat, Diethylenglykoldibenzoat und/oder Diethylenglykolbenzoat, bei dem etwa 50 bis etwa 95% aller Hydroxylgruppen verestert worden sind, Phosphat-Weichmacher, beispielsweise t-Butylphenyldiphenylphosphat,
Polyethylenglykole und deren Derivate, beispielsweise Diphenylether von Poly(ethylenglykol), flüssige Harzderivate, beispielsweise der Methylester von hydriertem Harz, pflanzliche und tierische Öle, beispielsweise Glycerinester von Fettsäuren und deren Polymerisationsprodukte.
Zu den im Rahmen der Erfindung als Zusatzstoffe einsetzbaren Stabilisatoren oder Antioxidantien zählen gehinderte Phenole hohen Molekulargewichts (Mn), polyfunktionelle Phenole und schwefel- und phosphorhaltige Phenole. Im Rahmen der Erfindung als Zusatzstoffe einsetzbare Phenole sind beispielsweise 1 ,3,5- Trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzol; Pentaerythrittetrakis- 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat; n-Octadecyl-3,5-di-tertbutyl-4- hydroxyphenyl)propionat; 4,4-Methylenbis(2,6-di-tert-butyl-phenol); 4,4-Thiobis(6- tert-butyl-o-cresol); 2,6-Di-tert-butylphenol; 6-(4-Hydroxyphenoxy)-2,4-bis(n-octyl- thio)-1 ,3,5-triazin; Di-n-Octadecyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzylphosphonate; 2- (n-Octylthio)ethyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzoat; und Sorbithexa[3-(3,5-di-tert- butyl-4-hydroxphenyl)propionat].
Weitere Zusatzstoffe können in die erfindungsgemäßen Mikrokapseln mitaufgenommen werden, um bestimmte Eigenschaften zu variieren. Darunter können beispielsweise Farbstoffe wie Titandioxid, Füllstoffe wie Talkum, Ton und dergleichen sein.
Ebenfalls als Zusatzstoffe im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind Treibmittel. Als Treibmittel eignen sich beispielsweise Verbindungen, die sich innerhalb des Anwendungsbereichs des Klebstoffes, vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als 50, insbesondere von mehr als 60 oder mehr als 70 °C unter Gasentwicklung zersetzen. Derartige Treibmittel unterstützen beispielsweise die Öffnung einer erfindungsgemäßen Mikrokapseln und den Austritt eines in einer solchen Mikrokapsel enthaltenen Stoffs. Geeignete Treibmittel sind beispielsweise die unter den Handelsnamen LUVOPOR LUV/N XF, LUVOPOR 9301 oder LUVOPOR 9302 von der Firma Lehmann und Voss, Hamburg, erhältlichen Verbindungen oder die unter den Handelsnamen TRACEL DBN 120 NER und Unicell H erhältlichen 2-Komponenten-Treibmittel.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine erfindungsgemäße Mikrokapsel die obengenannten Zusatzstoffe in einer Menge von bis zu etwa 30 Gew.-%, insbesondere etwa 0,1 bis etwa 20 oder etwa 0,5 bis etwa 10 oder etwa 1 bis etwa 5 Gew.-%, beispielsweise etwa 2 bis etwa 4 Gew.-%.
Eine erfindungsgemäße Mikrokapsel weist neben dem oben geschilderten Kapselinhalt eine Kapselhülle auf. Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich dann erzielen, wenn die Kapselhülle durch Reaktion von funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts mit einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, entstanden ist.
Die Kapselwand einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel wird dabei durch ein chemisches Mikroverkapselungsverfahren hergestellt. Hierbei ist eine Wandbildung aus monomeren oder oligomeren Ausgangsstoffen durch Polykondensation oder Polyaddition bevorzugt.
Ein bekanntes Verkapselungsverfahren beruht auf dem Prinzip der Grenzflächen- Polykondensation. Während jedoch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Mikrokapsel beispielsweise eine Monomerkomponente in einem Lösemittel gelöst und diese Lösung in einem weiteren, nicht mit dem ersten Lösemittel mischbaren Lösemittel dispergiert wird, wird der Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln dahingehend verfahren, daß die den Kapselinhalt bildende Komponente als wäßrige Dispersion und die die Kapselhülle bildende Komponente als wäßrige Emulsion vorliegt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden zum Aufbau der Kapselhülle daher Verbindungen eingesetzt, welche einerseits gegenüber den an der Oberfläche des Kapselinhalts vorliegenden funktionellen Gruppen X reaktionsfähige funktionelle Gruppen Z aufweisen, wobei andererseits diese funktionellen Gruppen Z gegenüber Wasser in einer Emulsion im wesentlichen zumindest über einen begrenzten Zeitraum beständig sind.
Eine zum Aufbau der Kapselhülle geeignete Verbindung wird daher vorzugsweise derart ausgewählt, daß sie als wäßrige Emulsion innerhalb eines Zeitraums von mindestens 1 min, vorzugsweise innerhalb eines Zeitraums von mindestens etwa 3, 5, 7 oder 10 min weniger als etwa 50%, vorzugsweise weniger als etwa 40, 30, 20 oder 10% ihrer reaktiven funktionellen Gruppen Z durch Reaktion zwischen Wasser und der funktionellen Gruppe Z verliert.
Als funktionelle Gruppen Z eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Isocyanatgruppen oder Epoxygruppen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zur Bildung der Kapselhülle, Verbindungen eingesetzt, die eine Isocyanatgruppe oder zwei oder mehr Isocyanatgruppen aufweisen.
Als Verbindungen mit mindestens zwei Isocyanatgruppen eignen sich beispielsweise Verbindungen wie 1-lsocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanato- methylcyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), Diphenylmethan-2,4'-diisocyanat, Diphenylmethan-2,2'-diisocyanat oder Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat oder Isocyanate auf MDI-Basis wie das von der Firma Henkel vertriebene Produkt Sovermol-l-1043-VI, die Produkte Desmodur VP-L/UE-6105-A oder Z-4273 (fettsäuremodifizierte, polyfunktionelle aliphatische Isocyanate) der Firma Bayer, aliphatische Polyisocyanat Präpolymere wie sie von der Firma Bayer unter dem Namen Desmodur E-3150 vertrieben werden, Poly(Diphenylmethandiisocyanat) wie es von der Firma Dow unter dem Handelsnamen PAPI-135 oder PAPI-M-235 erhältlich ist oder ein Homologengemisch verschiedener Diphenylmethan- diisocyanate wie es unter dem Handelsnamen unter Voranate-M-22 von der Firma Dow erhältlich ist, oder Gemische aus zwei oder mehr davon. Isocyanate, deren Emulgierbarkeit in Wasser für den vorliegenden Zweck nicht ausreichend ist, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise unter Zusatz eines Schutzkolloids emulgiert werden. Geeignete Schutzkolloide sind dem Fachmann bekannt.
Ebenso als Verbindungen mit zwei oder mehr Isocyanatgruppen geeignet sind drei- oder höherwertige Isocyanate, wie sie beispielsweise durch Oligomerisierung von Diisocyanaten erhältlich sind. Beispiele für solche 3- und höherwertigen Polyisocyanate sind die Triisocyanurate von HDI oder IPDI oder deren Gemische oder deren gemischte Diisocyanurate. Ebenfalls geeignet sind drei- und höherwertige Polyisocyanate wie sie sich durch Umsetzung von die Isocyanate mit Verbindungen, die 3 oder mehr gegenüber Isocyanaten reaktive Gruppen aufweisen, erhalten lassen. Insbesondere sind dabei solche Polyisocyanate geeignet, die als Molekülbestandteil Polyethergruppen, insbesondere Polyethylenoxidgruppen oder ionische Gruppen oder kurzkettige Ester enthalten. Besonders geeignet sind polymere Isocyanate wie sie unter dem Namen LIOFOL von der Firma Henkel vertrieben werden, insbesondere Liofol UR 5888-21.
Als Verbindungen mit zwei oder mehr Epoxygruppen eignen sich grundsätzlich alle Verbindungen mit einem Molekulargewicht von bis zu etwa 800, insbesondere bei zu etwa 600, die eine oder mehr Epoxygruppen aufweisen die eine ausreichend schnelle Reaktivität mit den funktionellen Gruppen X des Kapseiinhalts zeigen.
Derartige Verbindungen lassen sich beispielsweise durch Umsetzung von mehrwertigen Phenolen wie Bisphenol-A, Bisphenol-F, Catechol oder Resorcin oder von mehrwertigen Alkoholen wie Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Zuckern wie Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Dextrose, Sorbit oder Mannit sowie deren Umsetzungsprodukten mit Ethylenoxid oder Propylenoxid oder deren Gemisch oder von Hydroxycarbonsäuren wie p-Hydroxybenzoesäure oder 2-Hydroxynaphthensäure mit Epichlorhydrin erhalten. Weiterhin als mindestens zwei Epoxygruppen tragende Verbindungen geeignet sind die Umsetzungsprodukte von Aminen wie 4,4'-Diaminodiphenylmethan, m- Aminophenol und dergleichen, beispielsweise die Umsetzungsprodukte der bereits oben als Kapselinhalt genannten Amine, mit Epichlorhydrin. Besonders geeignet sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Epoxyhexahydrobenzoesäure-2',31- epoxycyclohexylmethylester (Degacure-K-126, Hersteller: Degussa), Epoxide wie sie beispielsweise unter dem Handelsnamen Rütapox Verdünner S oder Rütapox WF von der Firma Bakelite erhältlich sind, Butadiendiepoxid, 1 ,2,8,9- Diepoxylimonen, Dicyclopentadiendiepoxid, Bisphenol-A-Epichlorhydrin-
Diepoxidharz, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen Lekutherm X-20 von der Firma Bayer erhältlich ist, 1 ,2-Epoxydodecan, 1 ,2-Epoxytetradecan oder Umsetzungsprodukte von Bisphenol A mit Chlormethyloxiran mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von weniger als etwa 700.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Kapselhülle einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel eine Wandstärke von mindestens einer monomolekularen Lage der zur Herstellung der Kapselhülle eingesetzten Verbindung, beispielsweise mindestens etwa 10 nm auf.
Eine erfindungsgemäße Mikrokapsel kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Kapselhülle beispielsweise nur eine Schicht aufweisen. Es ist jedoch erfindungsgemäß ebenso vorgesehen, daß eine Kapselhülle einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel zwei oder mehr Schichten aufweist. Dabei kann beispielsweise eine erste Schicht als Kapselhülle wie bereits oben beschriebenen beschaffen sein. Gegebenenfalls kann auf eine derartige erste Schicht noch eine weitere Schicht oder mehrere weitere Schichten aufgetragen werden, wobei dieser Auftrag durch übliche Verkapselungsverfahren, beispielsweise durch Sprühtrocknung oder Koazervation mit Kolloiden, beispielsweise Gelatine oder Gummiarabikum, erfolgen kann. Neben einfacher oder komplexer Koazervation kann auch eine Einbettung durch Grenzflächenpolymerisation oder durch Vertropfung erfolgen. Es ist erfindungsgemäß ebenso möglich, in einem zweiten Schritt eine weitere Umsetzung mit einem reaktiven Partner, beispielsweise einem Säurechlorid, vorzunehmen, um die Kapselhülle weiter abzudichten. Weiterhin kann zur Bildung oder Abdichtung der Kapselhülle ein Polymeres oder ein Gemische aus zwei oder mehr Polymeren durch verschiedene Techniken, beispielsweise aus Lösung, auf der Kapselhülle abgeschieden werden. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Kapselhülle einer erfindungsgemäßen Mikrokapseln 1 bis 3 Schichten, insbesondere 1 oder 2 Schichten auf.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln erfolgt durch Kontaktieren einer wäßrigen Dispersion einer nicht wasserlöslichen Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X mit einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrokapsel, bei dem eine wäßrige Dispersion einer nicht wasserlöslichen Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X mit einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, versetzt wird.
Der Kapselinhalt muß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Feststoff in vermahlener Form vorliegen. Aufgrund der äußerst geringen Agglomerationsneigung von nach einem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Mikrokapseln bestimmt im wesentlichen die Partikelgröße der als Kapselinhalt vorgesehenen Teilchen die Partikelgröße der Mikrokapseln. Es ist daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit Feststoffteilchen durchgeführt wird, die eine durchschnittliche Partikelgröße von höchstens etwa 20 μm, vorzugsweise eine Partikelgröße von etwa 0,5 bis etwa 10 oder etwa 0,8 bis etwa 5 μm oder etwa 1 bis etwa 3 μm aufweisen.
Wenn als Kapselinhalt ein Gemisch verschiedener Feststoff eingesetzt werden soll, so werden diese Feststoffe vorzugsweise zunächst in der Schmelze vermischt, abgekühlt und anschließend auf die gewünschte Größe vermählen. Die als Kapselinhalt vorgesehenen Feststoffe werden anschließend in Wasser dispergiert. Vorzugsweise erfolgt die Dispersion in demineralisiertem oder destilliertem Wasser. Zur Herstellung der Dispersion können grundsätzlich beliebige Vorrichtungen eingesetzt werden, die eine Aufteilung der zu dispergierenden Feststoffteilchen in ihre Primärpartikel erlauben. Während viele aus dem Stand der Technik bekannte dispergierte Verfahren besondere dispergierte Vorrichtungen benötigen, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bereits in üblichen Rührapparaturen, beispielsweise mit einem üblichen Rührfisch oder einem KPG-Rührer und einem Rundkolben, durchführen. Aufgrund der guten Dispersionseigenschaften von Wasser für die erfindungsgemäß als Kapselinhalt einsetzbaren Verbindungen reichen bereits relativ geringe Drehzahlen, beispielsweise Drehzahlen von bis zu etwa 1000 Upm, insbesondere etwa 200 bis etwa 600 Upm, zur Dispergierung der Partikel. Geeignet sind weiterhin beispielsweise Kolloidmühlen, Hochdruckhomogenisatoren oder Ultraschallbehandlung.
Das Gewichtsverhältnis von Feststoffpartikeln zu Wasser sollte etwa 1 :3 bis etwa 1 :20, insbesondere etwa 1 :5 bis etwa 1 :15 oder etwa 1 :8 bis etwa 1 :12 betragen.
Einer derart hergestellten Dispersion von Feststoffpartikeln in Wasser wird anschließend in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Emulsion einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, versetzt. Entsprechende Emulsionen einer Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, lassen sich durch den Eintrag einer derartigen Verbindung in Wasser und anschließende Emulgierung nach üblichen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erzeugen.
Das Gewichtsverhältnis von Verbindungen, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweisen zu Wasser beträgt beispielsweise etwa 1 :1 bis etwa 1 :25, insbesondere etwa 1 :2 bis etwa 1 :20 oder etwa 1 :5 bis etwa 1 :15. In einem nächsten Schritt wird anschließend die Dispersion der Feststoffpartikel mit der Emulsion versetzt. Dies kann beispielsweise dahingehend geschehen, daß die gesamte Emulsion der Dispersion der Feststoffpartikel in einem kurzen Zeitraum von wenigen Sekunden zugesetzt wird. Es ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn die Emulsion der Dispersion der Feststoffpartikel über einen längeren Zeitraum, beispielsweise über einen Zeitraum von etwa 1 bis etwa 1 hundert Minuten, zugetropft wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die durch die Zugabe der Emulsion zur Dispersion erhaltene Reaktionsmischung nach Abschluß der Zugabe der Emulsion noch für einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise für einen Zeitraum von etwa 0,5 bis etwa 5 Stunden gerührt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Temperaturen von etwa 5 bis etwa 50°C durchgeführt werden. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird es jedoch bei Umgebungstemperatur, d. h. eine Temperatur von etwa 15 bis etwa 25 °C durchgeführt.
Nach Abschluß der Reaktionen liegen die erfindungsgemäßen Mikrokapseln im wesentlichen als Primärteilchen, d. h. in nicht agglomerierter Form als wäßrige Dispersion vor. Diese Dispersion kann anschließend nach üblichen Verfahren zur Gewinnung von Feststoffen aus wäßriger Dispersion, beispielsweise durch Filtration, Sedimentation, Zentrifugation mit anschließender Trocknung oder Sprühtrocknung als Feststoff gewonnen werden. Zusätzlich können die so erhaltenen Mikrokapseln gewünschtenfalls mit einem Lösemittel, welches die Kapselhülle nicht angreift, gewaschen werden.
Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn die Dispersion der so hergestellten erfindungsgemäßen Mikrokapseln einer Behandlung unterzogen wird, welche gegebenenfalls in der Dispersion vorliegende Aggregate von zwei oder mehr Teilchen desagg regiert. Ein hierzu geeignetes Verfahren ist beispielsweise die Ultraschallbehandlung. Hierzu wird die Dispersion der erfindungsgemäßen Mikrokapseln für einen Zeitraum von etwa 0,5 bis etwa 200, beispielsweise etwa 1 bis etwa 50 Minuten im Ultraschallbad bei einer Temperatur von etwa 10 bis etwa 50 °C, beispielsweise bei etwa 15 bis etwa 25 °C behandelt. Weitere geeignete Vorbehandlungsverfahren sind beispielsweise die Behandlung der Dispersion der erfindungsgemäßen Mikrokapseln im Ultraturrax in der Kolloidmühle, im Homogenisator, in einer Mischturbine oder in einem Statikmischer.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine derart hergestellte erfindungsgemäße Mikrokapsel beispielsweise mit einer weiteren Kapselhülle versehen werden. Derartige weitere Kapselhüllen können beispielsweise durch mechanisch-physikalische Mikroverkapselungsverfahren aufgetragen werden.
Ein erstes geeignetes mechanisch-physikalisches Mikroverkapselungsverfahren ist beispielsweise die Sprühtrocknung. Es handelt sich dabei um ein sehr allgemein einsetzbares Verfahren für die Mikroverkapselung, bei dem eine Emulsion oder Dispersion in einem heißen, inerten Gasstrom verdüst wird. In einer kontinuierlichen Phase, die auch im Sprühtropfen die zu verkapselnden Teilchen umgibt, ist ein filmbildendes Polymeres gelöst. Wenn die flüchtigen Anteile verdunsten, schrumpft diese Lösung zur reinen Polymerhülle, die das zu verkapselnde Teilchen fest einschließt. Derartige Kapseln fallen als freifließendes, trockenes Pulver an.
Die Kapselhülle enthält dann mindestens ein wasserlösliches oder zumindest wasserdispergierbares Polymeres, das ein Molekulargewicht von mehr als etwa 100, insbesondere mehr als etwa 2000 oder 3000 aufweist.
Unter einem wasserlöslichen Polymeren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Polymeres verstanden, das in Wasser eine im wesentlichen molekulardisperse Lösung bildet. Unter einem wasserdispergierbaren Polymeren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Polymeres verstanden, das in Wasser, gegebenenfalls in Gegenwart eines geeigneten Emulgators, eine stabile Dispersion bildet. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Kapselhülle ein Polymeres, das entweder wasserlöslich oder in Wasser selbstdispergierbar ist. Unter einem in Wasser selbstdispergierbaren Polymeren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Polymeres verstanden, das in Wasser im wesentlichen ohne Zugabe eines Emulgators eine Dispersion ausbildet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Bestandteil einer weiteren Schicht der Kapselhülle geeignete Polymere weisen vorzugsweise eine oder mehrere OH- Gruppen oder eine oder mehrere COOH-Gruppen oder Sulfonsäuregruppen oder beides auf. Geeignete Polymere sind beispielsweise Cellulose oder Celluloseether wie Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyalkyl- cellulose, insbesondere Hydroxyethylcellulose oder deren Mischether, wie Methylhydroxyethyl- oder -hydroxypropylcellulose, Carboxymethylhydroxyethyl- cellulose oder Ethylhydroxyethylcellulose oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der genannten Polymeren. Weiterhin geeignet sind beispielsweise Polymere, die sich durch Polymerisationen von Vinylacetat und anschließender teilweiser oder vollständiger Verseifung eines Teiles oder aller Acetatgruppen erhalten lassen. Hierzu zählen insbesondere Polyvinylalkohole, die noch etwa 1 bis etwa 70 % Acetatgruppen aufweisen.
Ebenfalls geeignet sind Copolymere, bei deren Herstellung neben Vinylacetat noch mindestens ein weiteres Monomeres eingesetzt wurde und deren Vinylacetatanteil ganz oder teilweise verseift wurde. Entsprechende Copolymere können als statistische Copolymere oder als Blockcopolymere eingesetzt werden. Geeignete Comonomere sind beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethylen, Styrol oder α-Methylstyrol, wobei entsprechende Blockcopolymere auf zwei oder mehr der genannten Monomeren basieren können.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als Bestandteil einer weiteren Schicht der Kapselhülle ein Styrol/Vinylacetat-Copolymeres eingesetzt, dessen Vinylacetat-Einheiten zu mindestens 60%, vorzugsweise zu mindestens 80% oder 90% verseift sind. Wenn als Bestandteil einer weiteren Schicht der Kapselhülle Polyvinylalkohol eingesetzt wird, so eignet sich insbesondere Polyvinylalkohol mit einem Verseifungsgrad von etwa 70 bis etwa 90 %. Ebenfalls geeignet sind die Sulfonsäurederivate der oben genannten Verbindungen, beispielsweise Na-Polystyrolsulfonat mit einem Molekulargewicht (Mw) von etwa 50.000 bis etwa 100.000. Darüber hinaus geeignet sind die in "Advances in Polymer Science, 136, A. Prokop, D. Hunkeler et al., Watersoluble Polymers for Immunoisolation, S. 5, Tabelle 2 ff., Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1998" beschriebenen, wasserlöslichen Polymeren, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird und die als Bestandteil der vorliegenden Offenbarung angesehen werden.
Ebenfalls geeignet sind Mischungen von zwei oder mehr Polymeren, wobei mindestens eines der in der Mischung vorliegenden Polymeren OH-Gruppen aufweist. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise Gemische von hydrophoben und hydrophilen Polymeren eingesetzt, insbesondere Gemische enthaltend Styrol und mindestens ein hydrophiles Polymeres, beispielsweise Cellulose oder ein Cellulosederivat oder Polyvinylalkohol. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Polymergemische als Material für die weitere Schicht der Kapselhülle eingesetzt, die durch Polymerisation von Styrol in Gegenwart eines hydrophilen Polymeren, beispielsweise in Gegenwart von Cellulose oder in Gegenwart eines Celluloseether oder in Gegenwart von Polyvinylalkohol, hergestellt wurden.
Die in einer solchen weiteren Schicht der Kapselhülle enthaltenen Polymeren weisen ein Molekulargewicht von mindestens etwa 1000, vorzugsweise mindestens etwa 3000 auf. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Molekulargewicht der in der Kapselhülle enthaltenen Polymeren bei mindestens etwa 5000, beispielsweise mindestens etwa 10.000. Die Obergrenze für das Molekulargewicht der in der Kapselhülle enthaltenen Polymeren liegt bei etwa 1.000.000, vorzugsweise jedoch darunter. Geeignete Obergrenze für entsprechende Molekulargewichte sind beispielsweise 200.000, 100.000 oder etwa 50.000. Wenn als Bestandteil der weiteren Schicht der Kapselhülle beispielsweise ein Celluloseether eingesetzt wird, so hat sich ein Molekulargewicht von etwa 15.000 bis etwa 40.000 bewährt. Wenn als Bestandteil der Kapselhülle beispielsweise ein Polyvinylalkohol eingesetzt wird, so sollte das Molekulargewicht bei etwa 10.000 bis etwa 35.000 liegen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Sprühtrocknung derart durchgeführt, daß die Temperatur der wäßrigen Dispersion oder Lösung etwa 5 bis etwa 70 °C, beispielsweise etwa 10 bis etwa 50 °C oder etwa 15 bis etwa 30 °C beträgt. Die Temperatur des Luftstroms wird vorzugsweise derart eingestellt, daß sie etwa 100 bis etwa 200, beispielsweise etwa 120 bis etwa 160 °C beträgt, wobei die Temperatur des Luftstroms zumindest derart eingestellt wird, daß in Abhängigkeit von Typ und Bauart des eingesetzten Sprühtrockners die Temperatur der zu trocknenden Kapseln nicht über die zur Kapselöffnung benötigte Temperatur ansteigt.
Weitere zum Auftrag einer weiteren Schicht auf die Kapselhülle der erfindungsgemäßen Mikrokapseln geeignete Verfahren sind beispielsweise das Mehrstoffdüsen-Verfahren oder die Beschichtung im Wirbelbett.
Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln lassen sich insbesondere bei der Herstellung von Klebstoffen einsetzen. Hierzu werden die erfindungsgemäßen Mikrokapseln mit einer Matrix einer Verbindung oder eines Gemischs aus zwei oder mehr Verbindungen umgeben, die mit dem Kapselinhalt unter Ausbildung einer kovalenten Bindung aushärten können. Der Begriff "Aushärten" bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf eine chemische Härtungsreaktion, die unter Molekulargewichtserhöhung oder Vernetzung oder beidem abläuft.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Klebstoff, mindestens enthaltend eine Komponente A und eine Komponente B, wobei
Komponente A mindestens eine erfindungsgemäße Mikrokapsel oder eine nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Mikrokapsel, und Komponente B mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen Y enthält.
Komponente A des erfindungsgemäßen Klebstoffs kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung neben den erfindungsgemäßen Mikrokapseln noch einen weiteren Bestandteil oder noch zwei oder mehr weitere Bestandteile aufweisen. Als weitere Bestandteile werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch solche Bestandteile angesehen, welche ausschließlich aus den in den Mikrokapseln enthaltenen Verbindungen bestehen, die jedoch eine andersartige Morphologie aufweisen. Eine andersartige Morphologie kann beispielsweise darin bestehen, daß der als Kapselinhalt bezeichnete Bestandteil nicht von der Kapselhülle umschlossen ist, sondern lediglich an einer oder an mehreren Stellen an der Kapselhülle anhaftet und so ein Aggregat aus Kapselinhalt und Kapselhüllenmaterial bildet. Ebenso betrifft der Begriff "andersartige Morphologie" Aggregate, die zwar ausschließlich aus den in den Mikrokapseln enthaltenen Verbindungen bestehen, bei denen jedoch mehrere der den Kapselinhalt bildenden Bestandteile an einem aus Kapselhüllenmaterial bestehenden, beispielsweise kugelförmigen, Gebilde anhaften.
Komponente B des erfindungsgemäßen Klebstoffs enthält beispielsweise mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen Y. Eine in Komponente B des erfindungsgemäßen Klebstoffs enthaltene Verbindung kann zwei oder mehr identische funktionelle Gruppen Y tragen. Es ist jedoch ebenso möglich, daß eine in Komponente jedes erfindungsgemäßen Klebstoffs enthaltene Verbindung zwei oder mehr unterschiedliche funktionelle Gruppen Y trägt.
Als funktionelle Gruppen Y eignen sich grundsätzlich alle funktionellen Gruppen, die mit den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagieren können. Insbesondere stellt die funktionelle Gruppe Y eine funktionelle Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Isocyanaten, Epoxiden, Carbonsäuren, Carbonsäureestern, Carbonsäurechloriden oder Carbonsäureanhydriden dar.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steht die funktionelle Gruppe Y für eine Epoxidgruppe oder eine Isocyanatgruppe.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente B mindestens ein Epoxidharz, wie es sich beispielsweise durch Umsetzung von mehrwertigen Phenolen wie Bisphenol-A, Bisphenol-F, Catechol oder Resorcin oder von mehrwertigen Alkoholen wie Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Zuckern wie Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Dextrose, Sorbit oder Mannit sowie deren Umsetzungsprodukten mit Ethylenoxid oder Propylenoxid oder deren Gemisch, oder von Hydroxycarbonsäuren wie p-Hydroxybenzoesäure oder 2-Hydroxynaphthensäure mit Epichlorhydrin erhältlich ist. Ebenfalls geeignet sind beispielsweise Polyglycidylester, wie sie durch Umsetzung von Polycarbonsäuren wie Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure mit Epichlorhydrin erhältlich sind. Weiterhin als Epoxidharze geeignet sind die Umsetzungsprodukte von Aminen wie 4,4'-Diaminodiphenylmethan, m- Aminophenol und dergleichen, beispielsweise die Umsetzungsprodukte der bereits oben als Kapselinhalt genannten Amine, mit Epichlorhydrin. Weiterhin geeignet sind polymere Epoxidharze, wie sie durch Umsetzung entsprechender Präpolymere, beispielsweise vor OH-Gruppen oder NH-Gruppen tragenden Präpolymeren mit Epichlorhydrin erhältlich sind. Derartige polymere Epoxidharze können beispielsweise zwei oder mehr Epoxygruppen aufweisen. Die Epoxygruppen können beispielsweise am Kettenende der Polymeren angeordnet sein, sie können jedoch ebenso innerhalb der Polymerkette angeordnet sein.
Als Präpolymere eignen sich beispielsweise polymere Polyolkomponenten wie die Umsetzungsprodukte niedermolekularer polyfunktioneller Alkohole mit Alkylenoxiden, sogenannte Polyether. Die Alkylenoxide weisen vorzugsweise 2 bis 4 C-Atome auf. Geeignet sind beispielsweise die Umsetzungsprodukte von Ethylenglykol, Propylenglykol, den isomeren Butandiolen oder Hexandiolen mit Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid, oder Gemischen aus zwei oder mehr davon. Ferner sind auch die Umsetzungsprodukte polyfunktioneller Alkohole, wie Glycerin, Trimethylolethan oder Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Zuckeralkohole, oder Gemischen aus zwei oder mehr davon, mit den genannten Alkylenoxiden zu Polyetherpolyolen geeignet. Besonders geeignet sind Polyetherpolyole mit einem Molekulargewicht von etwa 100 bis etwa 10.000, vorzugsweise von etwa 200 bis etwa 5.000. Ganz besonders bevorzugt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 300 bis etwa 2.500. Ebenfalls als Polyolkomponente zur Herstellung der Epoxide geeignet sind Polyetherpolyole, wie sie beispielsweise aus der Polymerisation von Tetrahydrofuran entstehen. Die Polyether werden in dem Fachmann bekannter Weise durch Umsetzung der Startverbindung mit einem reaktiven Wasserstoffatom mit Alkylenoxiden, beispielsweise Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid, Tetrahydrofuran oder Epichlorhydrin oder Gemischen aus zwei oder mehr davon, umgesetzt.
Geeignete Startverbindungen sind beispielsweise Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol-1 ,2 oder -1 ,3, Butylenglykol-1 ,4 oder -1 ,3 Hexandiol-1 ,6, Octandiol- 1 ,8, Neopentylglykol, 1 ,4-Hydroxymethylcyclohexan, 2-Methyl-1 ,3-propandiol, Glyzerin, Trimethylolpropan, Hexantriol-1 ,2,6, Butantriol-1 ,2,4 Trimethylolethan, Pentaerythrit, Mannitol, Sorbitol, Methylglykoside, Zucker, Phenol, Isononylphenol, Resorcin, Hydrochinon, 1 ,2,2- oder 1 ,1 ,2-Tris-(hydroxyphenyl)-ethan, Ammoniak, Methylamin, Ethylendiamin, Tetra- oder Hexamethylenamin, Triethanolamin, Anilin, Phenylendiamin, 2,4- und 2,6-Diaminotoluol und Polyphenylpolymethylen- polyamine, wie sie sich durch Anilin-Formaldehydkondensation erhalten lassen, oder Gemische aus zwei oder mehr davon.
Ebenfalls zum Einsatz als Polyolkomponente bei der Herstellung entsprechender Epoxide geeignet sind Polyether, die durch Vinyipolymere modifiziert wurden. Derartige Produkte sind beispielsweise erhältlich, indem Styrol- oder Acrylnitril, oder deren Gemisch, in der Gegenwart von Polyethern polymerisiert werden.
Ebenfalls als Polyolkomponente für die Herstellung von entsprechenden Epoxiden geeignet sind Polyesterpolyole mit einem Molekulargewicht von etwa 200 bis etwa 10.000. So können beispielsweise Polyesterpolyole verwendet werden, die durch Umsetzung von niedermolekularen Alkoholen, insbesondere von Ethylenglykol, Diethylenglycol, Neopentylglycol, Hexandiol, Butandiol, Propylenglykol, Glycerin oder Trimethylolpropan mit Caprolacton entstehen. Ebenfalls als polyfunktionelle Alkohole zur Herstellung von Polyesterpolyolen geeignet sind 1 ,4- Hydroxymethylcyclohexan, 2-Methyl-1 ,3-propandiol, Butantriol-1 ,2,4, Triethylen- glykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykol, Dipropylenglykol, Polypropylenglykol, Dibutylenglykol und Polybutylenglykol.
Weitere geeignete Polyesterpolyole sind durch Polykondensation herstellbar. So können difunktionelle und/oder trifunktionelle Alkohole mit einem Unterschuß an Dicarbonsäuren und/oder Tricarbonsäuren, oder deren reaktiven Derivaten, zu Polyesterpolyolen kondensiert werden. Geeignete Dicarbonsäuren sind beispielsweise Bernsteinsäure und ihre höheren Homologen mit bis zu 16 C- Atomen, ferner ungesättigte Dicarbonsäuren wie Maleinsäure oder Fumarsäure sowie aromatische Dicarbonsäuren, insbesondere die isomeren Phthalsäuren, wie Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure. Als Tricarbonsäuren sind beispielsweise Zitronensäure oder Trimellithsäure geeignet. Im Rahmen der Erfindung besonders geeignet sind Polyesterpolyole aus mindestens einer der genannten Dicarbonsäuren und Glycerin, welche einen Restgehalt an OH- Gruppen aufweisen. Besonders geeignete Alkohole sind Hexandiol, Ethylenglycol, Diethylenglycol oder Neopentylglycol oder Gemische aus zwei oder mehr davon. Besonders geeignete Säuren sind Isophthalsäure oder Adipinsäure oder deren Gemisch.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise als Polyolkomponente zur Herstellung der Epoxide eingesetzte Polyole sind Dipropylenglykol sowie Polyesterpolyole, bevorzugt Polyesterpolyole erhältlich durch Polykondensation von Hexandiol, Ethylenglycol, Diethylenglycol oder Neopentylglycol oder Gemischen aus zwei oder mehr davon und Isophthalsäure oder Adipinsäure, oder deren Gemische.
Polyesterpolyole mit hohem Molekulargewicht umfassen beispielsweise die Umsetzungsprodukte von polyfunktionellen, vorzugsweise difunktionellen Alkoholen (gegebenenfalls zusammen mit geringen Mengen an trifunktionellen Alkoholen) und polyfunktionellen, vorzugsweise difunktionellen Carbonsäuren. Anstatt freier Polycarbonsäuren können (wenn möglich) auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester mit Alkoholen mit vorzugsweise 1 bis 3 C-Atomen eingesetzt werden. Die Polycarbonsäuren können aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch oder beides sein. Sie können gegebenenfalls substituiert sein, beispielsweise durch Alkylgruppen, Alkenylgruppen, Ethergruppen oder Halogene. Als Polycarbonsäuren sind beispielsweise Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Trimellithsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylen- tetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Dimerfettsäure der Trimerfettsäure oder Gemische aus zwei oder mehr davon geeignet. Gegebenenfalls können untergeordnete Mengen an monofunktionellen Fettsäuren im Reaktionsgemisch vorhanden sein.
Die Polyesterpolyole können gegebenenfalls einen geringen Anteil an Carboxylendgruppen aufweisen. Aus Lactonen, beispielsweise ε-Caprolacton oder Hydroxycarbonsäuren, beispielsweise ω-Hydroxycapronsäure, erhältliche Polyester, können ebenfalls eingesetzt werden.
Ebenfalls als Polyolkomponente geeignet sind Polyacetale. Unter Polyacetalen werden Verbindungen verstanden, wie sie aus Glykolen, beispielsweise Diethylenglykol oder Hexandiol oder deren Gemisch mit Formaldehyd erhältlich sind. Im Rahmen der Erfindung einsetzbare Polyacetale können ebenfalls durch die Polymerisation cyclischer Acetale erhalten werden.
Weiterhin als Polyolkomponente geeignet sind Polycarbonate. Polycarbonate können beispielsweise durch die Reaktion von Diolen, wie Propylenglykol, Butandiol-1 ,4 oder Hexandiol-1,6, Diethylenglykol, Triethylenglykol oder Tetraethylenglykol oder Gemischen aus zwei oder mehr davon mit Diarylcarbonaten, beispielsweise Diphenylcarbonat, oder Phosgen, erhalten werden.
Besonders geeignete Epoxide sind beispielsweise Epoxid-DER-331 (Hersteller: Dow Chemicals) oder die Epoxide der Epikote-Reihe, beispielsweise Epikote 828 (Hersteller: Shell AG). Besonders geeignet ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Umsetzungsprodukt von Bisphenol-A und Epichlorhydrin.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält Komponente B eine, zwei oder mehr Verbindungen, die Isocyanatgruppen als funktionelle Gruppe Y tragen. Eine derartige, Isocyanatgruppen tragende Verbindung kann beispielsweise niedermolekular sein, d. h., beispielsweise ein Molekulargewicht von weniger als etwa 250 aufweisen. Es ist jedoch ebenso möglich, daß die Isocyanatgruppen tragende Verbindung ein Molekulargewicht aufweist, das höher als 250 ist. In diesem Falle können als Isocyanatgruppen tragende Verbindungen beispielsweise Polyurethanpräpolymere eingesetzt werden.
Als Isocyanatgruppen tragende Verbindungen eignen sich beispielsweise Verbindungen wie Ethylendiisocyanat, 1 ,4-Tetramethylendiisocyanat, 1 ,6- Hexamethylendiisocyanat (HDI), Cyclobutan-1 ,3-diisocyanat, Cyclohexan-1 ,3- und -1 ,4-diisocyanat sowie Gemische aus zwei oder mehr davon, 1-lsocyanato-3,3,5- trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), 2,4- und 2,6-Hexahydrotoluylendiisocyanat, Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), 1 ,3- und 1 ,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- oder 2,6-Toluylendiisocyanat, Diphenylmethan- 2,4'-diisocyanat, Diphenylmethan-2,2'-diisocyanat oder Diphenylmethan-4,4'- diisocyanat oder Gemische aus zwei oder mehr der genannten Diisocyanate.
Ebenso im Sinne der vorliegenden Erfindung als Isocyanate geeignet sind 3- oder höherwertige Isocyanate, wie sie beispielsweise durch Oligomerisierung von Diisocyanaten erhältlich sind. Beispiele für solche drei- und höherwertigen Polyisocyanate sind die Triisocyanurate von HDI oder IPDI oder deren Gemische oder deren gemischte Triisocyanurate.
Ebenfalls geeignet sind Polyurethanpräpolymere, wie sie durch Umsetzung von polyfunktionellen Isocyanaten mit einer niedermolekularen oder polymeren Polyolkomponente erhältlich sind. Als polyfunktionelle Isocyanate eignen sich beispielsweise die oben beschriebenen Isocyanate.
Als niedermolekulare Polyolkomponente kann eine Vielzahl von Polyolen eingesetzt werden. Beispielsweise sind dies aliphatische Alkohole mit 2 bis 4 OH- Gruppen pro Molekül. Die OH-Gruppen können sowohl primär als auch sekundär sein. Zu den geeigneten aliphatischen Alkoholen zählen beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, Butandiol-1 ,4, Pentandiol-1 ,5, Hexandiol-1 ,6, Heptandiol-1 ,7, Octandiol-1 ,8 und deren höhere Homologen oder Isomeren, wie sie sich für den Fachmann aus einer schrittweisen Verlängerung der Kohlenwasserstoff kette um jeweils eine CH2-Gruppe oder unter Einführung von Verzweigungen in die Kohlenstoffkette ergeben. Ebenfalls geeignet sind höherfunktionelle Alkohole wie beispielsweise Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit sowie oligomere Ether der genannten Substanzen mit sich selbst oder im Gemisch aus zwei oder mehr der genannten Ether untereinander.
Als polymere Polyolkomponente eignen sich die bereits oben als zur Herstellung der Epoxide geeignet beschriebenen polymeren Polyolkomponenten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Polyurethanpräpolymere weisen vorzugsweise ein Molekulargewicht von mehr als etwa 350, beispielsweise mehr als etwa 500 oder mehr als etwa 1000 auf. Die Obergrenze des Molekulargewichts wird in der Regel durch die Anwendungsviskosität eines entsprechenden, ein solches Polyurethanpräpolymeres enthaltenden Klebstoffs begrenzt. Wenn bei einem solchen Klebstoff beispielsweise auf Lösemittel verzichtet werden soll, so wird das Molekulargewicht eines solchen Polyurethanpräpolymeren in der Regel derart gewählt, daß der Klebstoff eine geeignete Anwendungsviskosität aufweist. In diesem Fall sollten entsprechende Polyurethanpräpolymere ein Molekulargewicht aufweisen, das beispielsweise weniger als etwa 50.000, insbesondere weniger als etwa 10.000 beträgt. Wenn der erfindungsgemäße Klebstoff jedoch Lösemittel enthalten kann, so können Polyurethanpräpolymere mit entsprechenden höheren Molekulargewichten eingesetzt werden.
Als Lösemittel sind grundsätzlich alle üblicherweise in der Polyurethanchemie benutzten Lösemittel verwendbar, insbesondere Ester, Ketone, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Alkane, Alkene und aromatische Kohlenwasserstoffe. Beispiele für solche Lösemittel sind Methylenchlorid, Trichlorethylen, Toluol, Xylol, Butylacetat, Amylacetat, Isobutylacetat, Methylisobutylketon, Methoxybutylacetat, Cyclohexan, Cyclohexanon, Dichlorbenzol, Diethylketon, Di-isobutylketon, Dioxan, Ethylacetat, Ethylenglykolmonobutyletheracetat, Ethylenglykolmonoethylacetat, 2- Ethylhexylacetat, Glykoldiacetat, Heptan, Hexan, Isobutylacetat, Isooctan, Isopropylacetat, Methylethylketon, Tetrahydrofuran oder Tetrachlorethylen oder Mischungen aus zwei oder mehr der genannten Lösemittel. Wenn Komponente B neben den oben beschriebenen Verbindungen mit funktionellen Gruppen Y noch Verbindungen mit funktionellen Gruppen X aufweist, so eignen sich hierzu alle bereits oben beschriebenen Verbindungen mit funktionellen Gruppen X.
Im erfindungsgemäßen Klebstoff beträgt das Äquivalentverhältnis von reaktiven funktionellen Gruppen X in Komponente A zu funktionellen Gruppen Y in Komponente B etwa 1:100 bis etwa 1:1. Unter dem Begriff "Äquivalentverhältnis" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Molverhältnis von funktionellen Gruppen X zu funktionellen Gruppen Y verstanden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Klebstoffs nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem eine Komponente A und eine Komponente B, wobei
Komponente A mindestens eine erfindungsgemäße Mikrokapsel, und Komponente B mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen Y enthält,
vermischt werden.
Mit den erfindungsgemäßen Mikrokapseln bzw. nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mikrokapseln bzw. den erfindungsgemäßen Klebstoffen lassen sich, in Abhängigkeit vom gewählten Klebstoffsystem, unterschiedliche Substrate verkleben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Verklebung von mindestens zwei Substraten, bei dem auf die Oberfläche mindestens eines Substrates ein Klebstoff, mindestens enthaltend eine Mikrokapsel, bestehend aus einer Kapselhülle und einem Kapselinhalt, wobei der Kapselinhalt mindestens eine nicht wasserlösliche Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X aufweist und die Kapselhülle durch Reaktion von funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts mit einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, entstanden ist, auf mindestens eine Substratoberfläche aufgetragen wird, und der Klebstoff vor, während oder nach einem Zusammenfügen der Substrate erwärmt oder bestrahlt wird.
Als Substrate eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich alle Materialien, die unter Zuhilfenahme eines Klebstoffs, der die obengenannten Mikrokapseln aufweist, verkleben lassen. Besonders geeignet sind beispielsweise Holz, Metall, Papier, Glas, beispielsweise Quarzglas, Kunststoffe wie Polyester, Polyoxymethylen (POM), Polyalkylacrylate oder -methacrylate wie Polymethylmethacrylat oder Polymethylacrylat, Polyethylen und dergleichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert die Erwärmung oder die Bestrahlung des Mikrokapseln enthaltenden Klebstoffs mit energiereicher Strahlung.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren eingehend durchgeführt wird, daß die Verklebung durch eine Erwärmung des Klebstoffes erzielt wird, so sollte die Erwärmung beispielsweise über einen Zeitraum von etwa 5 bis etwa 5 hundert Sekunden, beispielsweise etwa 30 bis etwa eine 50 Sekunden durchgeführt werden. Der zur Erzielung einer ausreichenden Verklebung erforderliche Zeitraum für eine entsprechende Erwärmung ist darüber hinaus von der im Rahmen der Erwärmung erzielten Temperatur abhängig. In Abhängigkeit vom zu verklebenden Substrat haben sich Temperaturen in einem Bereich von etwa 70 bis etwa 150 °C, insbesondere etwa 80 bis etwa 120 °C, beispielsweise etwa 90 bis etwa 110 °C, bewährt.
Als energiereiche Strahlung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 200 bis 700 nm, insbesondere von 220 bis 650 nm bezeichnet.
Ebenfalls zur Bestrahlung der mit einem erfindungsgemäßen Klebstoff beschichteten Substrate geeignet, sind beispielsweise Mikrowellen. Die Aushärtung des Klebstoffs kann dabei beispielsweise in einem handelsüblichen Mikrowellengerät vorgenommen werden. Geeignete Bestrahlungszeiten variieren zwischen etwa 2 Sekunden und etwa 10 Minuten, vorzugsweise wird eine Aushärtung innerhalb von etwa 0,5 bis etwa 3 Minuten durchgeführt.
Die bei Bestrahlungen herrschende Energiedichte für den Wellenlängenbereich von 200 bis 700 nm, insbesondere von 200 bis 650 nm auf dem bestrahlten Gut sollte mindestens etwa 0,2 J/cm2 betragen. Geeignet sind beispielsweise Energiedichten von etwa 0,5 bis etwa 25 J/cm2 oder etwa 1 bis etwa 15 J/cm2, beispielsweise etwa 3 bis etwa 11 oder etwa 5 bis etwa 8 J/cm2.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Erwärmung oder Bestrahlung mit energiereicher Strahlung kann grundsätzlich vor, während oder nach dem Zusammenfügen der Substrate erfolgen. Wenn die Bestrahlung vor dem Zusammenfügen der Substrate erfolgt, so sollte der angewandte Klebstoff derart eingestellt sein, daß nach der Öffnung der Mikrokapseln noch eine ausreichende offene Zeit für den Klebstoff verbleibt, so daß ein Zusammenfügen der Substrate und gegebenenfalls anschließendes Korrigieren erfolgen kann. Eine geeignete offene Zeit kann, je nach Art der verklebten Substrate und dem entsprechenden, damit verbundenen Verarbeitungsverfahren, etwa 1 s bis etwa 1 h betragen.
Wenn der Klebstoff während des Zusammenfügens der Substrate erwärmt oder bestrahlt wird, so heißt dies, daß zwischen einer Erwärmung oder Bestrahlung des Klebstoffs und dem tatsächlichen Zusammenfügen der Substrate eine Zeitspanne liegt, die weniger als etwa 1 s beträgt. Eine entsprechende Energiequelle kann bei dieser Verfahrensvariante beispielsweise derart angeordnet sein, daß Klebstoff und Substrat sowohl vor als auch nach dem Zusammenfügen mit einer entsprechenden Strahlungsdosis beaufschlagt werden. Für die Wirksamkeit der energiereichen Strahlung nach dem Zusammenfügen ist jedoch erforderlich, daß zumindest das zwischen Klebstoffschicht und Strahlungsquelle liegende Substrat für die angewandte energiereiche Strahlung durchlässig ist.
Entsprechendes gilt analog für die dritte Verfahrensvariante, bei der die Erwärmung oder Bestrahlung mit energiereicher Strahlung erst nach dem Zusammenfügen der Substrate erfolgt. Hier ist es notwendig, daß mindestens das der Strahlungsquelle zugewandte Substrat für die eingesetzte energiereiche Strahlung durchlässig ist.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Kombination aus Erwärmung und Mikrowellenstrahlung eingesetzt. Hierbei wird der auf dem Substrat aufgetragene Klebstoff vorzugsweise zunächst erwärmt und anschließend für eine kurze Zeit, beispielsweise für einen Zeitraum von etwa 0,5 bis etwa 3 Minuten mit Mikrowellenstrahlung einer Leistung von etwa 200 bis etwa 1500, insbesondere etwa 500 bis etwa 900 Watt bestrahlt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel oder einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mikrokapsel zur Herstellung von Klebstoffen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel zur Verklebung von Substraten.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele näher erläutert.
Beispiele
Herstellung der erfindunqsgemäßen Mikrokapseln und gemessene Lagerstabilitäten
Beispiel 1 :
4 - Aminodiphenylamin (gemahlen, 5 μm ) demineralisiertes Wasser
Liofol UK 5888-21 ( Henkel , Poly-HDI , M 500)
DER 331 P Epoxy Resin (DOW, Epoxydharz, MW 700 g/mol)
18,4g Aminodiphenylamin wurden mit 200g demineralisiertem Wasser in einem 500ml-Dreihalskolben bei 500Upm dispergiert. 4,7g UK5888 wurden in 35g dem. Wasser emulgiert und dann innerhalb von 10' der Dispersion von Aminodiphenylamin in Wasser zugetropft. Anschließend wurde noch 4h nachgerührt. Das Produkt wurde abgesaugt, mit dem. Wasser gewaschen und im Trockenschrank getrocknet .
Es wurden 21,8 g eines braunen Pulvers (94%) mit einer Partikelgröße von 5 μm erhalten.
Überprüfung der offenen Zeit:
Zu 6 g DER 331 P wurden 1 ,2 g der Kapseln aus Beispiel 1 gegeben und gründlich vermischt. Nach 12 Tagen wurde nur ein geringfügiger Anstieg der Viskosität festgestellt, die offene Zeit ist bei geschlossenen Kapseln praktisch unbegrenzt (> 1 Jahr).
Beispiel 2:
19,8g Bis-(4-aminophenyl)methan (gemahlen, 3 μm)
200g demineralisiertes Wasser
14g UK 5888-21 + 25g dem. Wasser
Gleiche Durchführung wie in Beispiel 1. Es wurden 29,3 g weißes Pulver (87%) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 3 μm erhalten.
Überprüfung der offenen Zeit:
Zu 5,7 g DER 331 P wurden 1,7 g Mikrokapseln aus Beispiel 2 gegeben und gründlich vermischt. Nach 11 Tagen wurde nur ein geringfügiger Anstieg der Viskosität festgestellt, die offene Zeit ist bei geschlossenen Kapseln praktisch unbegrenzt (> 1 Jahr).
Beispiel 3:
10,0g 1 ,12-Diaminododecan (gemahlen, 5 μm)
200g dem. Wasser
4,7g UK 5888-21 + 35g dem. Wasser
Gleiche Durchführung wie bei Beispiel 1.
Es wurden 14,0g weißes Pulver (95%) mit einer Partikelgröße von 5 μm erhalten.
Überprüfung der offenen Zeit:
Zu 5,7 g DER 331 P wurden 1 ,5 g Kapseln gegeben und gründlich vermischt. Nach 13 Tagen wurde nur ein geringfügiger Anstieg der Viskosität festgestellt, die offene Zeit ist bei geschlossenen Kapseln praktisch unbegrenzt (> 1 Jahr).
Beispiel 4:
15,0g Bis-(4-aminocyclohexyl)methan (gemahlen, 5 μm)
300g dem. Wasser
7,0g UK 5888-21 + 60g dem. Wasser
Gleiche Durchführung wie bei Beispiel 1.
Es wurden 16,3g braunes Pulver (74%) erhalten . Überprüfung der offenen Zeit:
Zu 5,4 g DER 331 P wurden 1,5 g Kapseln gegeben und gründlich vermischt. Nach 30 Tagen wurde nur ein geringfügiger Anstieg der Viskosität festgestellt, die offene Zeit ist bei geschlossenen Kapseln praktisch unbegrenzt (> 1 Jahr).
Beispiel 5:
Die gemäß den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Klebstoffe wurden zur Verklebung von Prüfkörpern aus Aluminium (100 x 25 x 1 ,5 mm) eingesetzt. Hierzu wurden die Prüfkörper mit Aceton entfettet und eine Klebefläche von 25 x 10 mm für den Klebstoffauftrag markiert. Ein Prüfkörper wurde mit dem Klebstoff bestrichen und auf der gekennzeichneten Fläche mit einem zweiten Prüfkörper zusammengefügt. Die Verklebung wurde mit Klammern fixiert. Der Klebstoffverbund wurde in einem Umlufttrockenschrank für 20 Minuten bei 150 °C gehärtet. Nach einem Tag Lagerung bei Raumtemperatur wurden die verklebten Prüfkörper mit einer Zerreißmaschine (Firma Zwick) bei einer Geschwindigkeit von 15 mm/Minute zerrissen.
Bei den verkapselten Diaminen gemäß Beispielen 1 bis 4 ergaben sich Zugscherfestigkeiten von jeweils 7,8, 9,3, 8,1 und 8,2 N/mm2.
Beispiel 6:
Die gemäß Beispielen 1 bis 4 hergestellten Klebstoffe wurden jeweils in eine Glasflasche mit einem Inhalt von 10 ml gefüllt. Die einzelnen Proben wurden in einem kommerziell erhältlichen Mikrowellengerät (Miele De Luxe M693, max. 700 W) in der Mitte des Bestrahlungstellers positioniert. Nach einer Bestrahlungsdauer von 2 Minuten bei einer Leistung von 700 Watt war der Klebstoff bei allen vier Proben vollständig ausgehärtet.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrokapsel mit einem Durchmesser von 0,1 bis 20 μm, bestehend aus einer Kapselhülle und einem Kapselinhalt, wobei der Kapselinhalt mindestens eine nicht wasserlösliche Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X aufweist, und die Kapselhülle durch Reaktion von funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts mit einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, entstanden ist.
2. Mikrokapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselhülle eine Wandstärke von mindestens 1 nm aufweist.
3. Mikrokapsel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionellen Gruppen X unabhängig voneinander für eine Aminogruppe oder eine OH-Gruppe stehen.
4. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselhülle durch Reaktion von funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts mit einem in Wasser emulgierbaren Isocyanat entstanden ist.
5. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapselinhalt ein mindestens difunktionelles Amin enthält.
6. Verfahren zur Herstellung einer Mikrokapsel, bei dem eine wäßrige Dispersion einer nicht wasserlöslichen Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X mit einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, versetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, der wäßrigen Dispersion als wäßrige Emulsion zugegeben wird.
8. Klebstoff, mindestens enthaltend eine Komponente A und eine Komponente B, wobei
- Komponente A mindestens eine Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eine nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7 hergestellte Mikrokapsel, und
- Komponente B mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen Y enthält, wobei die funktionellen Gruppen Y mit den funktionellen Gruppen X unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagieren können.
9. Klebstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionellen Gruppen Y unabhängig voneinander für eine funktionelle Gruppe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Isocyanaten, Epoxiden, Carbonsäuren, Carbonsäureestern, Carbonsäurechloriden oder Carbonsäureanhydriden stehen.
10. Klebstoff nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Äquivalentverhältnis von reaktiven funktionellen Gruppen X in Komponente A zu funktionellen Gruppen Y in Komponente B etwa 1 :100 bis etwa 1 :1 beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung eines Klebstoffs nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem eine Komponente A und eine Komponente B, wobei
- Komponente A mindestens eine erfindungsgemäße Mikrokapsel, und
- Komponente B mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen Y enthält,
vermischt werden.
12. Verfahren zur Verklebung von mindestens zwei Substraten, bei dem auf die Oberfläche mindestens eines Substrates ein Klebstoff, mindestens enthaltend eine Mikrokapsel, bestehend aus einer Kapselhülle und einem Kapselinhalt, wobei der Kapselinhalt mindestens eine nicht wasserlösliche Verbindung mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen oder Epoxidgruppen oder Carboxylgruppen oder aktivierten Carboxylgruppen reaktiven funktionellen Gruppen X aufweist und die Kapselhülle durch Reaktion von funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts mit einer in Wasser emulgierbaren Verbindung, die gegenüber den funktionellen Gruppen X des Kapselinhalts reaktive funktionelle Gruppen Z aufweist, entstanden ist, auf mindestens eine Substratoberfläche aufgetragen wird, und der Klebstoff vor, während oder nach einem Zusammenfügen der Substrate erwärmt oder bestrahlt wird.
13. Verwendung einer Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer nach einem der Ansprüche 6 oder 7 hergestellten Mikrokapsel zur Herstellung von Klebstoffen.
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