WO2004099220A1 - Epoxyfunktionelle silane, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

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WO2004099220A1
WO2004099220A1 PCT/EP2004/004321 EP2004004321W WO2004099220A1 WO 2004099220 A1 WO2004099220 A1 WO 2004099220A1 EP 2004004321 W EP2004004321 W EP 2004004321W WO 2004099220 A1 WO2004099220 A1 WO 2004099220A1
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WO
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group
general formula
silanes
unsubstituted
substituted
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/004321
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Poppe
Elke Westhoff
Wilfried STÜBBE
Original Assignee
Basf Coatings Ag
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Publication date
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Priority to MXPA05011192 priority patent/MX278306B/es

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages

Definitions

  • Epoxy functional silanes process for their preparation and their use
  • the present invention relates to new epoxy-functional silanes.
  • the present invention also relates to new processes for the preparation of epoxy-functional silanes.
  • the present invention relates to the use of the new epoxy-functional silanes for the production of new condensates, in particular in a new sol-gel process.
  • the present invention relates to the use of the new epoxy-functional silanes as new curable compositions or for their preparation.
  • the present invention relates to the use of the new curable compositions for the production of new cured compositions, in particular coatings and coatings, and of molded parts, in particular optical molded parts, and of self-supporting films.
  • Thermally curable compositions based on condensates of epoxy-functional silanes which contain no urethane groups are known from patent applications EP 1 179 575 A 2, WO 00/35599 A, WO 99/52964 A, WO 99/54412 A, DE 197 26 829 A 1 or DE 19540 623 A1. They are used in particular for the production of highly scratch-resistant coatings. It is essential that external catalysts or starters for the conversion of the epoxy groups (cf., for example, WO 99/52964 A, page 8, line 29, to page 9, line 20) must be added to these known thermally curable compositions so that the Cure masses at comparatively low temperatures of 100 to 160 ° C at a practical speed. However, the use of external catalysts has numerous disadvantages.
  • binders are added to the known, thermally curable compositions, which are usually present in aqueous-alcoholic media, which are stable in these media. These binders are preferably in the form of aqueous dispersions. However, these often show a strong interaction with the catalysts used, so that they cannot be used together. This eliminates numerous conceivable possibilities for advantageously modifying the known thermally curable compositions.
  • the variables R can be the same or different and represent alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, arylalkyl, alkylaryl, arylalkenyl, alkenylaryl, arylalkynyl or alkynylaryl, these radicals being represented by oxygen or sulfur atoms or the groups -NR- or -N (H ) C (O) O- (urethane) can be interrupted and one or more substituents from the group of the halogens and the optionally substituted amino, amide, aldehyde, keto, alkylcarbonyl, carboxy, mercapto, cyano - Can carry hydroxy, alkoxy, aikoxycarbonyl, sulfonic acid, phosphoric acid, methacryloxy, epoxy or vinyl groups.
  • variable Y stands for blocked isocyanate groups.
  • indices m and n stand for integers from 1 to 3.
  • n stands for an integer from 1 to 4.
  • the variables X and R have the meaning given above.
  • the variable Z stands for hydroxyl, amino, NH (CH 2 ) 2NH 2 or epoxy groups. Accordingly, a myriad of compounds fall under the general formula i, which can also be combined with an equally large number of compounds of the general formula ii.
  • thermally curable compositions provide scratch-resistant hardened compositions, but their chemical resistance leaves much to be desired.
  • the known epoxy-functional silanes and the condensates and thermally curable compositions produced therefrom frequently contain ether groups, so that the cured compositions prepared from the known thermally curable compositions, in addition to insufficient chemical resistance, also insufficient resistance to actinic radiation, in particular UV radiation , exhibit.
  • the object of the present invention was to provide new epoxy-functional silanes.
  • the new epoxy-functional silanes should be easy to produce and very reproducible.
  • the new epoxy-functional silanes are also said to be very suitable for the production of new condensates, especially in a sol-gel process.
  • the new epoxy-functional silanes and their new condensates are said to be more widely applicable than the known epoxy-functional silanes and their condensates.
  • the new epoxy-functional silanes and / or their new condensates are said to be outstandingly suitable as curable compositions or for their preparation.
  • the new curable compositions based on the new epoxy-functional silanes and / or their new condensates should no longer have the disadvantages of the prior art, but should also be able to cure rapidly at relatively low temperatures without external catalysts or starters.
  • the new curable compositions should provide cured compositions, in particular coatings and coatings, as well as moldings, in particular optical moldings, and self-supporting films, which are not only highly scratch-resistant, high-gloss, flexible, transparent and clear, but also chemical-resistant and resistant to actinic radiation, especially UV -Radiation, are.
  • the new hardened masses in particular the coatings and the paintwork, in dry layer thicknesses> 30 ⁇ m should no longer show stress cracks and no delamination from the substrates and should therefore be more widely applicable than the previously known curable masses based on condensates epoxy functional silanes. In particular, they are said to be suitable for the production of clearcoats for primary automotive painting.
  • R substituted or unsubstituted, non-hydrolyzable, monovalent, organic group containing no epoxy group;
  • R 1 substituted or unsubstituted, linking, divalent organic group;
  • R 2 substituted or unsubstituted, linking, (p + 1) -bi ⁇ ige, organic group;
  • R 3 substituted or unsubstituted, non-hydrolyzable, monovalent organic group containing at least one epoxy group
  • X the same or different from each other: oxygen atom or sulfur atom;
  • R 4 identical or different from one another: hydrogen atom
  • silanes I The new epoxy-functional silanes of the general formula I are referred to below as “silanes I according to the invention”.
  • variable and the indices have the meaning given above, with r equivalents of at least one compound of the general formula VIII:
  • process 1 The new process for the preparation of the silanes I according to the invention is referred to below as "process 1 according to the invention".
  • process 2 the new process for the preparation of the silanes I according to the invention.
  • process 3 the new process for the preparation of the silanes I according to the invention.
  • silanes I according to the invention were particularly easy to produce and reproducible.
  • silanes I according to the invention were outstandingly suitable for the production of condensates according to the invention, in particular in a new sol-gel process.
  • silanes I according to the invention and the condensates according to the invention were applicable much more widely than the known epoxy-functional silanes and their condensates.
  • the silanes I according to the invention and / or the condensates according to the invention were outstandingly suitable as new curable compositions or for their preparation.
  • the curable compositions according to the invention based on the silanes I and / or condensates no longer had the disadvantages of the prior art, but rather could be cured quickly at relatively low temperatures even without external catalysts or starters.
  • the curable compositions according to the invention provided new cured compositions, in particular new coatings and coatings, as well as moldings, in particular optical moldings, and self-supporting foils which are not only highly scratch-resistant, high-gloss, flexible, transparent and clear, but also chemical-resistant and resistant to actinic radiation, in particular UV -Radiation, were.
  • the new hardened masses especially the coatings and paints, no longer showed stress cracks and no delamination from the substrates in dry layer thicknesses> 30 ⁇ m and were therefore much more widely applicable than the previously known hardenable masses based on condensates of known epoxy-functional silanes , In particular, they were outstandingly suitable for the production of clear coats for the automotive OEM painting.
  • autocatalyzed means that the curing, in particular the thermal curing, of the curable, in particular thermally curable, compositions according to the invention is catalyzed by starting products and / or intermediates which are formed during the curing, in particular the thermal curing (cf. Römpp Online, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 2002, “Autocatalysis”).
  • external catalysts or starters are understood to mean substances which are usually the
  • Epoxy resin systems «, pages 263 to 269). More examples from
  • Catalysts of this type which are also in curable, in particular thermally curable, compositions based on epoxy-functional condensates
  • Silanes are used, for example, from international patent application WO 99/52964 A, page 8, line 29, to page 9, line 20, or German patent application DE 197 26 829 A1, column 3, line
  • “free from external catalysts” means that the compositions according to the invention do not contain any external catalysts or only those amounts thereof which do not shape the property profile of the compositions according to the invention, but at most have an insignificant effect.
  • a sol-gel process is understood as the hydrolysis / condensation process described in Römpp Online, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 2002, “Sol-gel process”.
  • “Hydrolysable atoms or groups” in the sense of the invention are atoms or groups that are reactive in the sol-gel process. Accordingly, non-hydrolyzable groups do not participate in the sol-gel process.
  • electromagnetic radiation such as near infrared (NIR), visible light, UV radiation, X-rays or gamma radiation, in particular UV radiation, or corpuscular radiation, such as electron radiation, beta radiation, proton radiation, neutron radiation or alpha radiation, in particular, is used under actinic radiation Electron radiation, understood.
  • NIR near infrared
  • UV radiation UV radiation
  • X-rays or gamma radiation in particular UV radiation
  • corpuscular radiation such as electron radiation, beta radiation, proton radiation, neutron radiation or alpha radiation
  • Electron radiation understood.
  • silanes I according to the invention have the general formula I:
  • the indices stand for zero or whole numbers, in particular from 1 to 4, with the following conditions applying:
  • At least one of the conditions preferably applies:
  • variable Z means a hydrolyzable atom, a hydroxyl group or a hydrolyzable, monovalent, substituted or unsubstituted, in particular organic, group.
  • the hydrolyzable atom Z is preferably selected from the group consisting of hydrogen atoms, fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms and iodine atoms.
  • the hydrolyzable, monovalent, unsubstituted or unsubstituted, organic group Z preferably has the general formula VI:
  • variable W stands for an oxygen atom, sulfur atom, a carbonyl group or a carboxyl group, in particular for an oxygen atom.
  • variable R 5 stands for a monovalent organic radical which has at least one, in particular one, group selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, branched and unbranched, preferably unbranched, cyclic and non-cyclic, preferably non-cyclic, alkyl, alkenyl and alkynyl as well as substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, aryl groups, or consists thereof, in particular unbranched alkyl groups with 1 to 4 carbon atoms are used.
  • Hydroxyl groups and / or groups of the general formula VI preferably methoxy, ethoxy, propoxy and
  • Butoxyl groups especially methoxy and ethoxy groups, are used as hydrolyzable groups Z.
  • variable R stands for a substituted or unsubstituted, in particular unsubstituted, non-hydrolyzable, single-bonded, organic group which contains no epoxy group.
  • the group R preferably contains at least one, in particular one, group selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, branched and unbranched, preferably unbranched, cyclic and non-cyclic, preferably non-cyclic, alkyl, alkenyl and alkynyl groups , preferably alkyl groups, and substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, aryl groups, or consists thereof.
  • Unbranched alkyl groups with 1 to 4 carbon atoms, in particular methyl and ethyl groups, are preferably used.
  • the variable R 1 stands for a substituted or unsubstituted, preferably unsubstituted, linking, divalent organic group.
  • the group R 1 preferably contains at least one, in particular one, group selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, branched and unbranched, preferably unbranched, cyclic and non-cyclic, preferably non-cyclic, alkyl, alkenyl and Alkynyl groups and substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, aryl groups, or it consists thereof.
  • the group R 1 is an unbranched, non-cyclic, unsubstituted, divalent alkyl group having 1 to 10, preferably 2 to 6 and in particular 2 to 4 carbon atoms, such as an ethylene, trimethylene or tetramethylene group.
  • variable R 2 stands for a substituted or unsubstituted, preferably unsubstituted, linking, (p + 1) -binding, preferably divalent or trivalent, organic group.
  • the group R 2 preferably contains at least one, in particular one, group selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, branched and unbranched, cyclic and non-cyclic alkyl, alkenyl and alkynyl groups, preferably alkyl groups, and substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, aryl groups, or consists thereof.
  • suitable groups R 2 are ethylene, trimethylene or tetramethylene groups, cyclohexane-1, 2-, -1, 3- and -1, 4-diyl groups, 1,2-, 1,3- and 1,4- Phenylene groups, propane-1, 2,3-triyl groups, cyclohexane-1,2,3-, -1, 2,4- and -1, 3,5-triyl groups and benzene-1, 2,2- , -1, 2,4- and -1, 3,5-triyl groups.
  • the variable R 3 stands for a substituted or unsubstituted, preferably unsubstituted, non-hydrolyzable, single-bonded, organic group containing at least one, in particular one, epoxy group.
  • the epoxy group is preferably terminal.
  • the group R 3 preferably contains at least one, in particular one, group selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, branched and unbranched, cyclic and non-cyclic, alkyl, alkenyl and alkynyl groups, preferably alkyl groups, and substituted groups and unsubstituted, preferably unsubstituted, aryl groups, or consists thereof.
  • suitable groups R 3 are 3,4-epoxycyclohex-1-yl, 2- (methylene) oxirane and 2- (phen-1, 4-ylene) oxirane groups.
  • variable X stands for an oxygen atom and / or a sulfur atom.
  • a variable X in a given part of the molecule can be an oxygen atom or a " sulfur atom, although independently in another part of the molecule a variable X can stand for an oxygen atom or a sulfur atom.
  • Only carbonyl groups or thiocarbonyl groups or carbonyl groups and thiocarbonyl groups may be present in silane I.
  • all variables X stand for oxygen atoms.
  • the variable G is a substituted or unsubstituted, (r + s) -valent, preferably divalent or trivalent, especially divalent "organic group.
  • the group G preferably contains at least one, in particular one, group selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, preferably unsubstituted, branched and unbranched, cyclic and non-cyclic alkyl, alkenyl and alkynyl groups, preferably alkyl groups, and substituted and unsubstituted , preferably unsubstituted, aryl groups, or it consists thereof.
  • Group G preferably contains at least one, in particular one, cyclic group or consists thereof.
  • Group G or the cyclic group (s) contained in group G is or are particularly preferred from the group consisting of substituted and unsubstituted, heteroatoms containing and free of heteroatoms, saturated and unsaturated, cycloaliphatic groups and substituted and unsubstituted, heteroatom-containing and heteroatom-free aromatic groups.
  • heteroatoms examples include nitrogen atoms, phosphorus atoms, oxygen atoms and sulfur atoms, preferably nitrogen atoms and oxygen atoms.
  • Group G or the cyclic group (s) contained in group G is or are very particularly preferably selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, saturated, cycloaliphatic groups free of heteroatoms and free of heteroatoms, substituted and unsubstituted, especially unsubstituted, aromatic groups.
  • the heteroatom-free, saturated, cycloaliphatic groups of cycloaliphatic compounds are selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, monocyclic, bicyclic, tricyclic and tetracyclic bridging compounds and spirocyclic
  • the aromatic groups free of heteroatoms are derived from aromatic compounds selected from the group consisting of substituted and unsubstituted, monocyclic and polycyclic, condensed and uncondensed aromatics.
  • substituted and unsubstituted, monocyclic, bicyclic, tricyclic and tetracyclic bridge compounds and spirocyclic compounds from the group consisting of cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, p-menthan, m-menthan, o-menthan, 1, 1, 2,3-tetramethylcyclohexane, 1, 1, 3,3-tetramethylcyclohexane, thujan, carane, pinane, bornan, norcarane, norpinane, norbornane, camphane, 2-ethylpinane, 2,4,7,7- Tetramethyl-norcaran, 2,2-dimethyl-norbornane,
  • the monocyclic and polycyclic, condensed and uncondensed aromatics from the group consisting of benzene, toluene, xylene, tetramethylxylene, biphenyl, diphenylmethane, 2,2-diphenylpropane, 1, 2 -, 1, 3- or 1, 4- Diphenybenzenes (terphenylene), positionally isomeric quaterphenylenes, 1,3,5-triphenylbenzene, naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, phenanthrene, fluorene, anthracene, chrysene, pyrene and fluoranthene; in particular benzene, toluene, tetramethylxylene, diphenylmethane and 2,2-diphenylpropane selected.
  • the groups Z, R, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and G and the group R 6 described below can also be substituted, ie contain other substituents than alkyl, cycloalkyl or aryl groups. It is essential here that these other substituents are inert in the sense that they do not interfere with the production of the silanes I according to the invention, the sol-gel process or the use of the silanes I according to the invention, for example crosslinking via the epoxy groups, in particular that they do not inhibit these reactions, start them early or lead to undesirable by-products.
  • Suitable other substituents are halogen atoms, in particular fluorine atoms, nitrile groups, blocked isocyanate groups which do not deblock at the temperatures at which the silanes I according to the invention are prepared and / or used, alkoxy groups or alkoxycarbonyl groups.
  • the groups Z, R, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and G and the group R 6 described below can also comprise at least one, preferably one, double-bonded, linking functional group selected from the group from ether, thioether, carboxylic acid ester, thiocarboxylic acid ester, carbonate, thiocarbonate, phosphoric acid ester, Thiophosphoric esters, phosphonic esters,
  • the double-bonded functional groups are inert in the sense that they do not interfere with, in particular, the production of the silanes I according to the invention, the sol-gel process or the use of the silanes I according to the invention, for example crosslinking via the epoxy groups that they do not inhibit these reactions, start them prematurely or lead to undesirable by-products.
  • the silanes I according to the invention can be prepared by the customary and known processes in organic and organosilicon chemistry.
  • the silanes I according to the invention are preferably prepared by the processes according to the invention.
  • suitable polyisocyanates of the general formula VII are the polyisocyanates, preferably the tri and diisocyanates, in particular the diisocyanates, of the acyclic and cyclic, in particular cyclic, compounds described above, of which the groups G or the acyclic and cyclic compounds contained in the groups G are especially cyclic, derived groups.
  • Suitable acyclic diisocyanates to be used according to the invention are trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate,
  • Ethyl ethylene diisocyanate or trimethyl hexane diisocyanate Ethyl ethylene diisocyanate or trimethyl hexane diisocyanate.
  • Suitable cyclic diisocyanates to be preferably used according to the invention are cyclohexane, dicyclohexylmethane and 2,2-dicyclohexylpropane diisocyanate, 5-isocyanato-1-isocyanatomethyl-1, 3,3-trimethyl-cyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), diisocyanates derived from dimer fatty acids, as sold under the trade name DDI 1410 by the Henkel company and described in the patents WO 97/49745 A 1 and WO 97/49747 A 1, in particular 2-hepty] -3,4-bis (9-isocyanatononyl) -1 -pentyl-cyclohexane.
  • Examples of suitable compounds of the general formula VIII are 2-hydroxyethyltrimethoxysilane, 2-hydroxyethyltriethoxysilane, 3-
  • bonds of the general formula IX are glycidol, 1-hydroxy-3,4-epoxy-cyclohexane and 2- (4-hydroxyphenyl) oxirane, in particular glycidol.
  • Monoiso (thio) cyanate in particular a monoisocyanate, of the general formula XI:
  • Suitable compounds of the general formula X are diols, such as 1, 2-, 1, 3- and 1,4-dihydroxycyclohexane, pyrocatechol, hydroquinone, bisphenol A and bisphenol F.
  • Suitable monoisocyanates of the general formula XI are 2-isocyanatopropyltrimethoxy and triethoxysilane.
  • An example of a suitable monoisocyanate of the general formula XII is 2-isocyanatomethyl-oxirane.
  • Suitable compounds of the general formula X for process 3 according to the invention are polyamines, in particular diamines, and amino alcohols, such as ethylenediamine, propylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetraamine, ethanolamine and diethanolamine.
  • Suitable monoisocyanates XIII are vinyl isocyanate, allyl isocyanate, 1-isocyanato-but-3-ene and 1- (1-isocyanato-1-methylethyl) -3- (1-methylethenyl) benzene, which is sold under the trademark TMI® by the company CYTEC is available.
  • silane I is the reaction product of one equivalent of IPDI with one equivalent of bis (3-triethoxysilylpropyl) amine and one equivalent of glycidol.
  • the silanes I according to the invention are outstandingly suitable for the production of condensates according to the invention, in particular in a sol-gel process. For this purpose, they are hydrolyzed and polyco-densified in a manner known per se.
  • the condensation is preferably carried out in an aqueous phase.
  • the silane I according to the invention can be metered into the aqueous phase or the aqueous phase can be metered into a liquid organic phase which contains the silane I according to the invention or consists thereof.
  • the silane I according to the invention is preferably metered into the aqueous phase.
  • the condensation is preferably carried out in the presence of an organic or inorganic, in particular an organic, acid. Acetic acid is preferably used.
  • reaction temperatures at which the condensation is carried out can vary widely; it is preferably carried out at a temperature of from -10 to + 50, preferably 0 to + 40 and in particular + 10 to + 30 ° C. It is advisable to allow the resulting reaction mixture to react for an hour to three days.
  • silanes I according to the invention and their condensates according to the invention are outstandingly suitable as curable compositions, in particular thermally or dual-cure-curable compositions, or for their preparation.
  • Silanes I and their condensates according to the invention can vary very widely and depend on their intended use and for that
  • the content is preferably 10 to 80, preferably 15 to 75, particularly preferably 20 to 70 and in particular 25 to 65% by weight, in each case based on the composition according to the invention.
  • compositions according to the invention can contain at least one modifier.
  • suitable modifiers are additives, such as, for example . are usually used in the field of coating materials, such as binders, crosslinking agents, pigments, substances curable with actinic radiation, reactive thinners and additives (see, for example, German patent application DE 199 30 665 A1, page 4, line 17, to page 13, line 20).
  • additives such as, for example .
  • binders such as binders, crosslinking agents, pigments, substances curable with actinic radiation, reactive thinners and additives
  • reactive thinners such as Japanese patent application DE 199 30 665 A1, page 4, line 17, to page 13, line 20.
  • binders especially in the form of their aqueous dispersions.
  • Particularly suitable binders and aqueous dispersions and the processes for their preparation are known, for example, from German patent application DE 199 30 665 A1, page 3, lines 15 to 47, and page 4, line 17 to page 9, line 2.
  • the content of the binders in the compositions according to the invention can vary very widely and depends on their intended use and on the hardness and scratch resistance required for this.
  • the content is preferably 0.1 to 20, preferably 0.2 to 15, particularly preferably 0.3 to 12.5 and in particular 0.5 to 10% by weight, in each case based on the composition according to the invention.
  • the modifiers can be added before, during or after the condensation of the silanes I according to the invention. After the condensation of the silanes I according to the invention, they are preferably added to the relevant composition according to the invention.
  • Conventional and known mixing methods and devices such as stirred kettles, dissolvers, Ultraturrax, in-line dissolvers, agitator mills or extruders, can be used.
  • compositions of the invention are used to produce thermally cured or dual-cure compositions, in particular coatings, coatings, moldings, in particular optical moldings, and self-supporting films.
  • the coatings, lacquers and self-supporting foils serve in particular to protect surfaces of all types of substrates from damage by mechanical and / or chemical action, in particular to protect them from scratches and from damage by chemicals, and / or to decorate them.
  • the substrates are primarily all means of transportation, in particular muscle-powered means of transportation, such as bicycles or trolleys, aircraft, such as airplanes or zeppelins, floating bodies, such as ships or buoys, rail vehicles, and motor vehicles, such as motorcycles, buses, trucks or Cars, as well as parts thereof, structures, furniture, windows and doors, small industrial parts, coils, containers, packaging, white goods, foils, optical components, electrical components, mechanical components and hollow glass parts.
  • compositions according to the invention are particularly preferably used for the production of highly scratch-resistant, chemical-resistant clearcoats as part of automotive serial painting (OEM) with coloring and / or effect-giving multi-layer coatings.
  • OEM automotive serial painting
  • these particularly high-quality multi-layer coatings are produced by what are known as wet-on-wet processes, as are known, for example, from German patent application DE 199 30 665 A1, page 15, lines 15 to page 16, line 24.
  • the compositions according to the invention are applied with the aid of the suitable processes known and customary for the respective intended use, such as Spraying, knife coating, brushing, pouring, dipping, watering, trickling or rolling.
  • the substrate to be coated can rest as such, with the application device or system being moved.
  • the substrate to be coated in particular a coil, can also be moved, the application system being at rest relative to the substrate or being moved in a suitable manner.
  • compositions according to the invention are poured into suitable hollow molds and cured therein, after which they are separated from the hollow molds.
  • compositions of the invention can be cured after a certain period of rest. It can last from 30 seconds to 2 hours, preferably 1 minute to 1 hour and in particular 1 to 45
  • the rest period is used, for example, for the course and Degassing the paint layers or evaporating volatile constituents.
  • the rest period can be supported and / or shortened by the use of elevated temperatures up to 90 ° C and / or by a reduced air humidity ⁇ 10 g water / kg air, in particular ⁇ 5 g / kg air, provided that there is no damage or changes to the invention Crowds enter, such as early, complete networking.
  • the thermal hardening has no special features in terms of method, but is carried out according to the usual and known methods such as heating in a forced air oven or irradiation with IR lamps.
  • the thermal hardening can also be carried out in stages. Another preferred
  • the curing method is curing with near infrared (NIR radiation).
  • NIR radiation near infrared
  • a method is particularly preferably used in which the constituent water is rapidly removed from the wet layers.
  • the thermal curing is advantageously carried out at a temperature of 50 to 170, particularly preferably 60 to 165 and in particular 80 to 150 ° C. for a time of 1 minute to 2 hours, particularly preferably 2 minutes to 1 hour and in particular 3 to 30 minutes ,
  • Thermal curing can be supplemented by curing with actinic radiation.
  • the thermal curing of the compositions according to the invention takes place without the use of external catalysts quickly and easily.
  • the absence of external catalysts has the additional advantage that the resulting thermally cured compositions according to the invention do not contain any catalyst residues which lead to discoloration, odor problems and / or damage to substrates and / or individual or more layers of colored and / or multi-layer coatings could.
  • the hardened compositions according to the invention in contrast to the known hardened compositions based on condensates of epoxy-functional silanes, are not only highly scratch-resistant but also chemical-resistant, in particular resistant to acids and bases, and resistant to actinic radiation, in particular UV radiation , are.
  • the clearcoat obtained in this way had a dry layer thickness of 20 ⁇ m. It was free from stress cracks and other surface defects. It was also highly scratch-resistant, which was confirmed by the steel wool scratch test (grade 1 - 2).
  • a hammer according to DIN 1041 (weight without handle: 800 g; handle length: 35 cm) was used to carry out the steel wool scratch test.
  • the test panels were stored at room temperature for 24 hours prior to testing.
  • the flat side of the hammer was covered with a layer of steel wool and attached to the folded-up sides with tape.
  • the hammer was placed on the clear covers at a right angle.
  • the weight of the hammer was guided in a track over the surface of the clearcoat without being jammed and without additional physical strength.
  • test areas were cleaned of the steel wool residues with a soft cloth.
  • the test areas were visually evaluated under artificial light and graded as follows:
  • the BART (BASF ACID RESISTANCE TEST) was used to determine the resistance of the clear coat to acids, alkalis and water drops.
  • the clearcoat on a gradient oven was subjected to a further temperature load after baking for 30 min at 40 ° C.
  • VE fully desalinated or deionized
  • Comparative experiment V 1 The production of a coating material based on a known epoxy-functional silane and a clear coat from it
  • boehmite (Disperal® P 3 from Sasol Germany GmbH) were added to 25 parts by weight of 0.1 N acetic acid. The resulting mixture was stirred at room temperature until the boehmite was completely dissolved. The colloidal solution was then treated with ultrasound for 5 minutes.
  • the resulting coating material was knife-coated onto a glass sheet and the resulting layer was cured at 140 ° C. for 22 minutes.
  • the clearcoat obtained in this way had a dry layer thickness of 20 ⁇ m. It was free from stress cracks and other surface defects. It was also exceptionally scratch-resistant, which was confirmed by the steel wool scratch test (grade 1). However, the chemical resistance left much to be desired. So the BART gave the following results:

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Abstract

Silane der Formel: [(ZmRnSi-R1o-)pR2q-Y-C(X)-Y-]rG[-Y-(X)C-Y-R3]s (I), worin m + n = 3; m = 1, 2 oder 3; n = 0, 1 oder 2; o = 0 oder 1, wobei q = 1, wenn o = 0; p = 1, 2, 3 oder 4; q = 0 oder 1,wobei p = 1, wenn q = 0; r, s = 1, 2 oder 3; und Z hydrolysierbares Atom oder Gruppe; R nicht hydrolysierbare Gruppe ohne Epoxidgruppe; R1 zweibindige Gruppe; R2 (p + 1)-bindige Gruppe; R3 nicht hydrolysierbare, Epoxidgruppenhaltige Gruppe; X Sauerstoffatom und/oder Schwefelatom; G (r + s)-bindige, cyclische Gruppe; Y Sauerstoffatom, Schwefelatom oder Iminogruppe >=NR4 mit R4 = Wasserstoffatom, Gruppe R, Gruppe (ZmRnSi-R1o-)pR2q-, Gruppe R3-, Gruppe (ZmRnSi-R1o-)pR2q-NH-C(X)- oder Gruppe R3-NH-C(X)-; Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.

Description

Epoxyfunktionelle Silane, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft neue epoxyfunktionelle Silane. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung neue Verfahren zur Herstellung von epoxyfunktionellen Silanen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen epoxyfunktionellen Silane zur Herstellung von neuen Kondensaten, insbesondere in einem neuen Sol-Gel-Prozess. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen epoxyfunktionellen Silane als neue härtbare Massen oder zur deren Herstellung. Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen härtbaren Massen für die Herstellung neuer gehärteter Massen, insbesondere von Beschichtungen und Lackierungen sowie von Formteilen, insbesondere von optischen Formteilen, und von freitragenden Folien.
Stand der Technik
Thermisch härtbare Massen auf der Basis von Kondensaten epoxyfunktioneller Silane, die keine Urethangruppen enthalten, sind aus den Patentanmeldungen EP 1 179 575 A 2, WO 00/35599 A, WO 99/52964 A, WO 99/54412 A, DE 197 26 829 A 1 oder DE 19540 623 A 1 bekannt. Sie dienen insbesondere der Herstellung von hochkratzfesten Beschichtungen. Wesentlich ist, dass diesen bekannten thermisch härtbaren Massen externe Katalysatoren oder Starter für die Umsetzung der Epoxidgruppen (vgl. z. B. WO 99/52964 A, Seite 8, Zeile 29, bis Seite 9, Zeile 20) zugesetzt werden müssen, damit die Massen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 100 bis 160 °C mit einer praxisgerechten Geschwindigkeit aushärten. Die Verwendung der externen Katalysatoren bringt aber zahlreiche Nachteile mit sich.
So wird hierdurch die Verarbeitungszeit oder Topfzeit der bekannten thermisch härtbaren Massen stark verkürzt.
Sollen sie zur Herstellung von Beschichtungen einer Schichtdicke von mehr als 20 μm eingesetzt werden, wie sie beispielsweise bei den Klarlackierungen von Automobilerstlackierungen angewandt wird, müssen sie modifiziert werden, damit die resultierenden Beschichtungen keine Spannungsrisse aufweisen. Dies geschieht bekanntermaßen durch den Einbau von flexibilisierenden, die Spannung auffangenden Strukturelementen in die dreidimensionalen anorganisch-organischen Hybridnetzwerke. Um dies zu bewerkstelligen, werden den bekannten, thermisch härtbaren Massen, die üblicherweise in wässrig-alkoholischen Medien vorliegen, Bindemittel hinzugefügt, die in diesen Medien stabil sind. Vorzugsweise liegen diese Bindemittel als wässrige Dispersionen vor. Diese zeigen aber häufig eine starke Wechselwirkung mit den eingesetzten Katalysatoren, sodass sie nicht zusammen angewandt werden können. Dadurch entfallen zahlreiche denkbare Möglichkeiten, die bekannten thermisch härtbaren Massen in vorteilhafter Weise zu modifizieren.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 108 876 A 1 sind thermisch härtbare Massen auf der Basis von Kondensaten von Silanen der allgemeinen Formel i
X Sir mYn (i)
bekannt. In der allgemeinen Formel i stehen die Variablen X für Wasserstoff, Halogen, Alkoxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl, Aikoxycarbonyl, oder -NR2 (R' = Wasserstoff und/oder Alkyl).
Die Variablen R können gleich oder verschieden sein und für Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Aryl, Arylalkyl, Alkylaryl, Arylalkenyl, Alkenylaryl, Arylalkinyl oder Alkinylaryl stehen, wobei diese Reste durch Sauerstoff - oder Schwefelatome oder die Gruppen -NR- oder -N(H)C(O)O- (Urethan) unterbrochen sein können und einen oder mehrere Substituenten aus der Gruppe der Halogene und der ggf. substituierten Amino-, Amid-, Aldehyd-, Keto-, Alkylcarbonyl-, Carboxy-, Mercapto-, Cyano-, Hydroxy-, Alkoxy-, Aikoxycarbonyl-, Sulfonsäure-, Phosphorsäure-, Methacryloxy-, Epoxid- oder Vinylgruppen tragen können.
Die Variable Y steht für blockierte Isocyanatgruppen.
Die Indizes m und n stehen für ganze Zahlen von 1 bis 3.
Diese obligatorischen Silane können mit den fakultativen Silanen der allgemeinen Formel ii
XmSΪRLmZn (Ü)
cokondensiert werden. In dieser allgemeinen Formel ii steht der Index n für eine ganze Zahl von 1 bis 4. Die Variablen X und R haben die oben angegebene Bedeutung. Die Variablen Z steht für Hydroxyl-, Amino-, NH(CH2)2NH2- oder Epoxidgruppen. Es fällt demnach eine Unzahl von Verbindungen unter die allgemeine Formel i, die außerdem noch mit einer ebenso großen Anzahl von Verbindungen der allgemeinen Formel ii kombiniert werden können.
Außerdem ist es für die bekannten thermisch härtbaren Massen wesentlich, dass sie in erster Linie über die blockierten Isocyanatgruppen vernetzt werden. Dabei müssen aber besonders hohe Temperaturen und lange Härtungszeiten angewandt werden (vgl. DE 199 10 876 A 1 : Beispiel 1 , Seite 3, Zeile 43: 180 °C/45 Minute; Beispiel 2, Seite 4, Zeile 32: 180 °C/30 Minuten). Dies sind aber Bedingungen, die für Verfahren auf so wirtschaftlich bedeutsamen Gebieten wie der Automobilserienlackierung völlig ungeeignet sind.
Darüber hinaus liefern die bekannten thermisch härtbaren Massen zwar kratzfeste gehärtete Massen, deren Chemikalienbeständigkeit aber stark zu wünschen übrig lässt.
Des Weiteren enthalten die bekannten epoxyfunktionellen Silane und die hieraus hergestellten Kondensate und thermisch härtbaren Massen häufig Ethergruppen, sodass die aus den bekannten thermisch härtbaren Massen hergestellten gehärteten Massen zusätzlich zu einer zu geringen Chemikalienbeständigkeit auch noch eine zu geringe Beständigkeit gegenüber aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, neue epoxyfunktionelle Silane bereitzustellen.
Die neuen epoxyfunktionellen Silane sollen einfacher Weise und sehr gut reproduzierbar herstellbar sein. Die neuen epoxyfunktionellen Silane sollen sich des Weiteren sehr gut für die Herstellung von neuen Kondensaten, insbesondere in einem Sol-Gel- Prozess, eignen.
Die neuen epoxyfunktionellen Silanen und ihre neuen Kondensate sollen breiter anwendbar sein als die bekannten epoxyfunktionellen Silane und deren Kondensate.
Insbesondere sollen die neuen epoxyfunktionellen Silane und/oder ihre neuen Kondensate hervorragend als härtbare Massen oder zur deren Herstellung geeignet sein.
Die neuen härtbaren Massen auf der Basis der neuen epoxyfunktionellen Silane und/oder ihrer neuen Kondensate sollen die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweisen, sondern sollen sich auch ohne externe Katalysatoren oder Starter bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen rasch aushärten lassen. Außerdem sollen die neuen härtbaren Massen gehärtete Massen, insbesondere Beschichtungen und Lackierungen sowie Formteile, insbesondere optische Formteile, und freitragende Folien, liefern, die nicht nur hochkratzfest, hochglänzend, flexibel, transparent und klar, sondern auch chemikalienbeständig und beständig gegenüber aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, sind.
Dabei sollen die neuen gehärteten Massen, insbesondere die Beschichtungen und die Lackierungen, in Trockenschichtdicken >30 μm keine Spannungsrisse und keine Enthaftung von den Substraten mehr zeigen und daher breiter anwendbar sein, als die bisher bekannten härtbaren Massen auf der Basis von Kondensaten bekannter epoxyfunktioneller Silane. Insbesondere sollen sie sich für die Herstellung von Klarlackierungen für die Automobilerstlackierung eignen.
Nicht zuletzt war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue Verfahren zur Herstellung von epoxyfunktionellen Silanen bereitzustellen, die sich einfach und sehr gut reproduzierbar durchführen lassen.
Die erfindungsgemäße Lösung
Demgemäß wurden die neuen epoxyfunktionellen Silane der allgemeinen Formel I gefunden:
[(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-Y-C(X)-Y-]rG[-Y-(X)C-Y-R3]s (I),
worin die Indizes für Null oder ganze Zahlen stehen, wobei
m + n = 3; m = 1 , 2 oder 3; n = 0, 1 oder 2; o = 0 oder 1 , wobei q = 1 , wenn o = 0; p = 1 , 2, 3 oder 4; q = 0 oder 1.wobei p = 1 , wenn q = 0; r, s = 1 , 2 oder 3;
und die Variablen die folgende Bedeutung haben:
Z hydrolysierbares Atom, Hydroxylgruppe oder hydrolysierbare, einbindige, substituierte oder unsubstituierte Gruppe
R substituierte oder unsubstituierte, nicht hydrolysierbare, einbindige, organische Gruppe, enthaltend keine Epoxidgruppe; R1 substituierte oder unsubstituierte, verknüpfende, zweibindige, organische Gruppe;
R2 substituierte oder unsubstituierte, verknüpfende, (p + 1)-biήdige, organische Gruppe;
R3 substituierte oder unsubstituierte, nicht hydrolysierbare, einbindige, organische Gruppe, enthaltend mindestens eine Epoxidgruppe;
X gleich oder verschieden voneinander: Sauerstoffatom oder Schwefelatom;
G substituierte oder unsubstituierte, (r + s)-bindige, organische Gruppe;
Y gleich oder verschieden voneinander: Sauerstoffatom, Schwefelatom oder Iminogruppe >NR4 mit
R4 gleich oder verschieden voneinander: Wasserstoffatom,
Gruppe R, Gruppe der allgemeinen Formel II:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q- (II),
Gruppe der allgemeinen Formel III:
R3- (Hl),
Gruppe der allgemeinen Formel IV: (ZmRnSi-RV)pR2 q-NH-C(X)- (|V) oder
Gruppe der allgemeinen Formel V:
R3-NH-C(X)- (V);
worin die Indizes und die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben.
Im Folgenden werden die neuen epoxyfunktionellen Silane der allgemeinen Formel I als »erfindungsgemäße Silane I« bezeichnet.
Außerdem wurde das neue Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Silane I gefunden, bei dem man gleichzeitig oder nacheinander ein Äquivalent mindestens eines Polyiso(thio)cyanats der allgemeine Formel VII:
G(NCX)r + s (VII),
worin die Variable und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, mit r Äquivalenten mindestens einer Verbindung der allgemeine Formel VIII:
(ZmRnSi-R1 0-)pRVYH (VIII),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe, und mit s Äquivalenten mindestens einer Verbindung der allgemeine Formel IX:
R3-YH (IX), worin die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Y = Iminogruppe >NR4, umsetzt.
Im Folgenden wird das neue Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Silanen I als »erfindungsgemäßes Verfahren 1« bezeichnet.
Des Weiteren wurde das neue Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Silane I gefunden, bei dem man gleichzeitig oder nacheinander ein Äquivalent mindestens einer Verbindung der allgemeinen Formel X:
G(-YH)r+ ! (X).
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Y = Iminogruppe >NR4, mit r Äquivalenten mindestens eines Monoiso(thio)cyanats der allgemeinen Formel XI:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-NCX (χi),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe, und mit s Äquivalenten mindestens eines Monoiso(thio)cyanats der allgemeinen Formel XII:
R3-NCX (XII), worin die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben, umsetzt.
Im Folgenden wird das neue Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Silane I als »erfindungsgemäßes Verfahren 2« bezeichnet.
Des Weiteren wurde das neue Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Silanen I gefunden, bei dem man gleichzeitig oder nacheinander ein Äquivalent mindestens einer Verbindung der allgemeinen Formel X:
G(-YH)r + s (X),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben und worin mindestens eine Gruppe Y = Iminogruppe >NR4, mit r Äquivalenten mindestens eines Monoiso(thio)cyanats der allgemeinen Formel XI:
(ZmRnSΪ-R1 0-)pR2 q-NCX (XI),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe; und mit s Äquivalenten mindestens eines Monoiso(thio)cyanats der allgemeinen Formel XIII:
R6-NCX (XIII),
worin die Variable X die vorstehend angegebene Bedeutung hat und worin R6 = einbindige, organische Gruppe 'mit mindestens einer Kohlenstoff- Kohlenstoff-Doppelbindung ("Doppelbindung"); umsetzt, wonach man die Doppelbindung(en) des resultierenden Zwischenprodukts mit einem Epoxidierungsmittel zu Epoxidgruppen umsetzt.
Im Folgenden wird das neue Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Silane I als »erfindungsgemäßes Verfahren 3« bezeichnet.
Zusammenfassend werden die erfindungsgemäßen Verfahren 1 bis 3 als »erfindungsgemäße Verfahren« bezeichnet.
Weitere Erfindungsgegenstände gehen aus der Beschreibung hervor.
Die Vorteile der Erfindung
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Silane I und der erfindungsgemäßen Verfahren gelöst werden konnte.
Die erfindungsgemäßen Silane I waren in besonders einfacher Weise und sehr gut reproduzierbar herstellbar.
Die erfindungsgemäßen Silane I waren hervorragend für die Herstellung von erfindungsgemäßen Kondensaten, insbesondere in einem neuen Sol- Gel-Prozess, geeignet.
Die erfindungsgemäßen Silane I und die erfindungsgemäßen Kondensate waren sehr viel breiter anwendbar als die bekannten epoxyfunktionellen Silane und deren Kondensate. Insbesondere waren die erfindungsgemäßen Silane I und/oder die erfindungsgemäßen Kondensate hervorragend als neue härtbare Massen oder zur deren Herstellung geeignet sein.
Die erfindungsgemäßen härtbaren Massen auf der Basis der erfindungsgemäßen Silane I und/oder Kondensate wiesen die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger auf, sondern ließen sich auch ohne externe Katalysatoren oder Starter bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen rasch aushärten. Außerdem lieferten die erfindungsgemäßen härtbaren Massen neue gehärtete Massen, insbesondere neue Beschichtungen und Lackierungen sowie Formteile, insbesondere optische Formteile, und freitragenden Folien, die nicht nur hochkratzfest, hochglänzend, flexibel, transparent und klar, sondern auch chemikalienbeständig und beständig gegenüber aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, waren.
Dabei wiesen die neuen gehärteten Massen, insbesondere die Beschichtungen und die Lackierungen, in Trockenschichtdicken >30 μm keine Spannungsrisse und keine Enthaftung von den Substraten mehr auf und waren daher sehr viel breiter anwendbar als die bisher bekannten härtbaren Massen auf der Basis von Kondensaten bekannter epoxyfunktioneller Silane. Insbesondere waren sie hervorragend für die Herstellung von Klarlackierungen für die Automobilerstlackierung geeignet.
Die erfindungsgemäßen Verfahren waren einfach, sicher und sehr gut reproduzierbar durchzuführen und lieferten die erfindungsgemäßen Silane I in besonders hohen Ausbeuten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet »autokatalysiert«, dass die Härtung, insbesondere die thermische Härtung, der erfindungsgemäßen härtbaren, insbesondere thermisch härtbaren, Massen durch Ausgangsprodukte und/oder Zwischenprodukte, die bei der Härtung, insbesondere der thermischen Härtung, gebildet werden, katalysiert wird (vgl. Römpp Online, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 2002, »Autokatalyse«).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter externen Katalysatoren oder Startern Stoffe verstanden, die üblicherweise die
Härtung, insbesondere die thermische Härtung, härtbarer, thermisch härtbarer, Massen über Epoxidgruppen katalysieren. Nach Beurteilung der
Fachwelt sind solche Katalysatoren grundsätzlich notwendig, um praxisgerechte Ergebnisse zu erzielen (vgl. Johan Bieleman, »Lackadditive«, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, »7.2.4
Epoxidharzsysteme«, Seiten 263 bis 269). Weitere Beispiele von
Katalysatoren dieser Art, die auch in härtbaren, insbesondere thermisch härtbaren, Massen auf der Basis von Kondensaten epoxyfunktioneller
Silane angewandt werden, sind beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 99/52964 A, Seite 8, Zeile 29, bis Seite 9, Zeile 20, oder der deutschen Patentanmeldung DE 197 26 829 A 1 , Spalte 3, Zeile
65, bis Spalte 4, Zeile 64, bekannt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet »von externen Katalysatoren frei«, dass die erfindungsgemäßen Massen keine externe Katalysatoren oder nur solche Mengen hiervon enthalten, die das Eigenschaftsprofil der erfindungsgemäßen Massen nicht prägen, sondern höchstens unwesentlich beeinflussen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Sol-Gel-Prozess der in Römpp Online, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 2002, »Sol-Gel- Prozess«, beschriebene Hydrolyse/Kondensation-Prozess verstanden.
»Hydrolysierbare Atome oder Gruppen« im Sinne der Erfindung sind Atome oder Gruppen, die im Sol-Gel-Prozess reaktiv sind. Demgemäß nehmen nicht hydrolysierbare Gruppen nicht am Sol-Gel-Prozess teil.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter aktinischer Strahlung elektromagnetische Strahlung, wie nahes Infrarot (NIR), sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung, insbesondere UV-Strahlung, oder Korpuskularstrahlung, wie Elektronenstrahlung, Betastrahlung, Protonenstrahlung, Neutronenstrahlung oder Alphastrahlung, insbesondere Elektronenstrahlung, verstanden.
Die kombinierte Härtung mit Wärmeenergie und aktinischer Strahlung wird Rahmen der vorliegenden Erfindung als »Dual-Cure« bezeichnet.
Die erfindungsgemäßen Silane I haben die allgemeine Formel I:
[(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-Y-C(X)-Y-]rG[-Y-(X)C-Y-R33s (I),
In der allgemeinen Formel I stehen die Indizes für Null oder ganze Zahlen, insbesondere von 1 bis 4, wobei folgenden Bedingungen gelten:
m + n = 3; m = 1 , 2 oder 3; n = 0, 1 oder 2; o = 0 oder 1 , wobei q = , wenn o = 0; p = 1 , 2, 3 oder 4; q = 0 oder 1 , wobei p = 1 , wenn q = 0; r, s = 1 , 2 oder 3.
Vorzugsweise gilt mindestens einer der Bedingungen:
n = 0 r = 1 q = 0
0 = 1 und s = 1
insbesondere sind alle diese Bedingungen zugleich erfüllt.
Die Variable Z bedeutet ein hydrolysierbares Atom, eine Hydroxylgruppe oder eine hydrolysierbare, einbindige, substituierte oder unsubstituierte, insbesondere organische, Gruppe.
Vorzugsweise wird das hydrolysierbare Atom Z aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoffatomen, Fluoratomen, Chloratomen, Bromatomen und lodatomen, ausgewählt.
Vorzugsweise hat die hydrolysierbare, einbindige, unsubstituierte oder unsubstituierte, organische Gruppe Z die allgemeine Formel VI:
R5-W- (VI).
In der allgemeinen Formel VI steht die Variable W für ein Sauerstoffatom, Schwefelatom, eine Carbonylgruppe oder eine Carboxylgruppe, insbesondere für ein Sauerstoffatom. Des Weiteren steht in der allgemeinen Formel VI die Variable R5für einen einbindigen, organischen Rest, der mindestens eine, insbesondere eine, Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, verzweigten und unverzweigten, vorzugsweise unverzweigten, cyclischen und nicht cyclischen, vorzugsweise nicht cyclischen, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinyl- sowie substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, Arylgruppen, enthält oder hieraus besteht, insbesondere werden unverzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verwendet.
Vorzugsweise werden Hydroxylgruppen und/oder Gruppen der allgemeinen Formel VI, bevorzugt Methoxy-, Ethoxy-, Propoxy- und
Butoxylgruppen, insbesondere Methoxy- und Ethoxygruppen, als hydrolysierbare Gruppen Z verwendet.
In der allgemeinen Formel I steht die Variable R für eine substituierte oder unsubstituierte, insbesondere unsubstituierte, nicht hydrolysierbare, einbindige, organische Gruppe, die keine Epoxidgruppe enthält.
Vorzugsweise enthält die Gruppe R mindestens eine, insbesondere eine, Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, verzweigten und unverzweigten, vorzugsweise unverzweigten, cyclischen und nicht cyclischen, vorzugsweise nicht cyclischen, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen, vorzugsweise Alkylgruppen, sowie substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, Arylgruppen, oder sie besteht hieraus. Bevorzugt werden unverzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl- und Ethylgruppen, verwendet. In der allgemeinen Formel I steht die Variable R1 für eine substituierte oder unsubstituierte, vorzugsweise unsubstituierte, verknüpfende, zweibindige, organische Gruppe.
Vorzugsweise enthält die Gruppe R1 mindestens eine, insbesondere eine, Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, verzweigten und unverzweigten, vorzugsweise unverzweigten, cyclischen und nicht cyclischen, vorzugsweise nicht cyclischen, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen sowie substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, Arylgruppen, oder sie besteht hieraus. Insbesondere ist die Gruppe R1 eine unverzweigte, nicht cyclische, unsubstituierte, zweibindige Alkylgruppe mit 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 6 und insbesondere 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie eine Ethylen-, Trimethylen- oder Tetramethylengruppe.
In der allgemeinen Formel steht die Variable R2 für eine substituierte oder unsubstituierte, vorzugsweise unsubstituierte, verknüpfende, (p + 1)- bindige, vorzugsweise zweibindige oder dreibindige, organische Gruppe.
Vorzugsweise enthält die Gruppe R2 mindestens eine, insbesondere eine, Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, verzweigten und unverzweigten, cyclischen und nicht cyclischen Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen, vorzugsweise Alkylgruppen, sowie substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, Arylgruppen, oder sie besteht hieraus. Beispiele geeigneter Gruppen R2 sind Ethylen-, Trimethylen- oder Tetramethylengruppen, Cyclohexan-1 ,2-, -1 ,3- und -1 ,4- diyl-Gruppen, 1,2-, 1,3- und 1,4-Phenylengruppen, Propan-1 ,2,3-triyl- Gruppen, Cyclohexan-1,2,3-, -1 ,2,4- und -1 ,3,5-triyl-Gruppen und Benzol- 1 ,2,2-, -1 ,2,4- und -1 ,3,5-triyl-Gruppen. In der allgemeinen Formel I steht die Variable R3 für eine substituierte oder unsubstituierte, vorzugsweise unsubstituierte, nicht hydrolysierbare, einbindige, organische Gruppe, enthaltend mindestens eine, insbesondere eine, Epoxidgruppe. Vorzugsweise ist die Epoxidgruppe endständig.
Vorzugsweise enthält die Gruppe R3 mindestens eine, insbesondere eine, Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, verzweigten und unverzweigten, cyclischen und nicht cyclischen, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen, vorzugsweise Alkylgruppen, sowie substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, Arylgruppen, oder sie besteht hieraus. Beispiele geeigneter Gruppen R3 sind 3,4-Epoxy- cyclohex-1-yl-, 2-(Methylen)-oxiran- und 2-(Phen-1 ,4-ylen)-oxiran- Gruppen.
In der allgemeinen Formel I steht die Variable X für ein Sauerstoffatom und/oder Schwefelatom. Dies bedeutet, dass es sich bei einer Variablen X in einem gegebenen Molekülteil um ein Sauerstoffatom oder ein " Schwefelatom handeln kann, wobei unabhängig hiervon in einem anderen Molekülteil eine Variable X für ein Sauerstoffatom oder ein Schwefelatom stehen kann. Anders gesagt, können in einem erfindungsgemäßen Silan I nur Carbonylgruppen oder Thiocarbonylgruppen oder Carbonylgruppen und Thiocarbonylgruppen vorhanden sein. Vorzugsweise stehen alle Variablen X für Sauerstoffatome.
In der allgemeinen Formel I steht die Variable G für eine substituierte oder unsubstituierte, (r + s)-bindige, vorzugsweise zweibindige oder dreibindige, insbesondere zweibindige", organische Gruppe. Vorzugsweise enthält die Gruppe G mindestens eine, insbesondere eine, Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, verzweigten und unverzweigten, cyclischen und nicht cyclischen Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen, vorzugsweise Alkylgruppen, sowie substituierten und unsubstituierten, vorzugsweise unsubstituierten, Arylgruppen, oder sie besteht hieraus.
Bevorzugt enthält die Gruppe G mindestens eine, insbesondere eine, cyclische Gruppe oder sie hieraus besteht.
Besonders bevorzugt wird oder werden die Gruppe G oder die in der Gruppe G enthaltene(n) cyclische(n) Gruppe(n) aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, Heteroatome enthaltenden und von Heteroatomen freien, gesättigten und ungesättigten, cycloaliphatischen Gruppen und substituierten und unsubstituierten, Heteroatome enthaltenden und von Heteroatomen freien, aromatischen Gruppen, ausgewählt.
Beispiele geeigneter Heteroatome sind Stickstoffatome, Phosphoratome, Sauerstoffatome und Schwefelatome, vorzugsweise Stickstoffatome und Sauerstoffatome.
Ganz besonders bevorzugt wird oder werden die Gruppe G oder die in der Gruppe G enthaltene(n) cyclische(n) Gruppe(n) aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, von Heteroatomen freien, gesättigten, cycloaliphatischen Gruppen und von Heteroatomen freien, substituierten und unsubstituierten, insbesondere unsubstituierten, aromatischen Gruppen, ausgewählt. Höchst bevorzugt leiten sich die von Heteroatomen freien, gesättigten, cycloaliphatischen Gruppen von cycloaliphatischen Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, monocyclischen, bicyclischen, tricyclischen und tetracyclischen Brücken-Verbindungen und spirocyclischen
Verbindungen, ab.
Höchst bevorzugt leiten sich die von Heteroatomen freien, aromatischen Gruppen von aromatischen Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, monocyclischen und polycyclischen, kondensierten und nicht kondensierten Aromaten, ab.
Insbesondere werden die substituierten und unsubstituierten, monocyclischen, bicyclischen, tricyclischen und tetracyclischen Brücken- Verbindungen und spirocyclischen Verbindungen aus der Gruppe, bestehend aus Cyclopropan, Cyclobutan, Cyclopentan, Cyclohexan, Cycloheptan, Cyclooctan, p-Menthan, m-Menthan, o-Menthan, 1 ,1 ,2,3- Tetramethylcyclohexan, 1 ,1 ,3,3-Tetramethylcyclohexan, Thujan, Caran, Pinan, Bornan, Norcaran, Norpinan, Norbornan, Camphan, 2-Ethyl-pinan, 2,4,7,7-Tetramethyl-norcaran, 2,2-Dimethyl-norbornan,
Dicyclohexylmethan, 2,2-Dicyclohexylpropan, Perhydronaphthalin, Perhydroacenaphthen, Perhydrophenanthren, Perhydroanthracen, Perhydrofluoren, Abietan, Pimaran, Labdan, Phyllocladan, Gibban, Gonan, Cholestan, Lanostan, Ambran, Onaceran, Oleanan, Ursan, Gammaceran, Lupan, Bicyclo[3.2.1]octan, Bicyclo[5.2.0]nonan, Bicyclo[4.3.2]undecan, Tricyclo[2.2.1.02'6]heptan, Tricyclodecan,
Tricyclo[5.4.0.02,9]undecan, Tricyclo[5.3.2.04,&Idodecan,
Tricyclo[5.5.1.03,11]tridecan, Perhydro-1,4-Ethano-5,8-methanoanthracen, Adamantan, Spiro[3.3]heptan, Spiro[3.4]octan, Spiro[4.5]decan, Spirobicyclohexan und Dispiro[5.1.7.2]heptadecan; insbesondere Cyclohexan, 1 ,1 ,3,3-Tetramethylcyclohexan, Dicyclohexylmethan und 2,2- Dicyclohexylpropan, ausgewählt.
Insbesondere werden die monocyclischen und polycyclischen, kondensierten und nicht kondensierten Aromaten aus der Gruppe, bestehend aus Benzol, Toluol, Xylol, Tetramethylxylol, Biphenyl, Diphenylmethan, 2,2-Diphenylpropan, 1 ,2 -, 1 ,3- oder 1 ,4- Diphenybenzolen (Terphenylen), stellungsisomeren Quaterphenylenen, 1,3,5-Triphenylbenzol, Naphthalin, Acenaphthylen, Acenaphthen, Phenanthren, Fluoren, Anthracen, Chrysen, Pyren und Fluoranthen; insbesondere Benzol, Toluol, Tetramethylxylol, Diphenylmethan und 2,2- Diphenylpropan, ausgewählt.
In der allgemeinen Formel I sind die Variablen Y gleich oder verschieden voneinander und stehen für Sauerstoffatome, Schwefelatome und/oder Iminogruppen >NR4 mit R4 = eine der vorstehend beschriebenen Gruppen R oder eine Gruppe der allgemeinen Formel II:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q- (N),
eine Gruppe der allgemeinen Formel III;
R3" (III),
eine Gruppe der allgemeinen Formel IV:
(ZmRnSJ-R1 0-)pR2 q-NH-C(X)- (IV)
oder eine Gruppe der allgemeinen Formel V:
R3-NH-C(X)- (V), worin die Indizes und die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben.
Vorzugsweise steht die Variable Y für ein Sauerstoffatom, ein Schwefelatom oder eine Iminogruppe >NR4, bevorzugt für eine Iminogruppe >NR4, worin R4 = eine Gruppe der allgemeinen Formel II, IV oder V, bevorzugt II. Insbesondere ist R4 gleich einer Gruppe der allgemeinen Formel II, wenn in der allgemeinen Formel der Index q = 0 und der Index o = 1.
Die Gruppen Z, R, R1, R2, R3, R4, R5 und G sowie die nachstehend beschriebene Gruppe R6 können auch substituiert sein, d.h., noch andere Substituenten als Alkyl- Cycloalkyl- oder Arylgruppen enthalten. Wesentlich ist hierbei, dass diese anderen Substituenten in dem Sinne inert sind, dass sie weder die Herstellung der erfindungsgemäßen Silane I, den Sol-Gel-Prozess noch die Verwendung der erfindungsgemäßen Silane I, beispielsweise die Vernetzung über die Epoxidgruppen, stören, insbesondere dass sie nicht diese Reaktionen inhibieren, vorzeitig in Gang setzen oder zu unerwünschten Nebenprodukten führen. Beispiele geeigneter anderer Substituenten sind Halogenatome, insbesondere Fluoratome, Nitrilgruppen, blockierte Isocyanatgruppen, die bei den Temperaturen, bei denen die erfindungsgemäßen Silane I hergestellt und/oder verwendet werden, nicht deblockieren, Alkoxygruppen oder Alkoxycarbonylgruppen.
Die Gruppen Z, R, R1, R2, R3, R4, R5 und G sowie die nachstehend beschriebene Gruppe R6 können auch mindestens eine, vorzugsweise eine, zweibindige, verknüpfende, funktioneile Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ether-, Thioether-, Carbonsäureester-, Thiocarbonsäureester-, Carbonat-, Thiocarbonat-, Phosphorsäureester-, Thiophosphorsäureester-, Phosphonsäureester-,
Thiophosphonsäureester-, Phosphit-, Thiophosphit-, Sulfonsäureester-, Amid-, Amin-, Thioamid-, Phosphorsäureamid-, Thiophosphorsäureamid-, Phosphonsäureamid-, Thiophosphonsäureamid-, Sulfonsäureamid-, Imid-, Hydrazid-, Urethan-, Thiourethan-, Harnstoff-, Thiohamstoff-, Carbonyl-, Thiocarbonyl-, Sulfon- oder Sulfoxidgruppen, enthalten. Wesentlich ist auch hier, dass die zweibindigen funktioneilen Gruppen in dem Sinne inert sind, dass sie weder die Herstellung der erfindungsgemäßen Silane I, den Sol-Gel-Prozess noch die Verwendung der erfindungsgemäßen Silane I, beispielsweise die Vernetzung über die Epoxidgruppen, stören, insbesondere dass sie nicht diese Reaktionen inhibieren, vorzeitig in Gang setzen oder zu unerwünschten Nebenprodukten führen.
Die erfindungsgemäßen Silane I können nach den üblichen und bekannten Verfahren der organischen und siliziumorganischen Chemie hergestellt werden. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Silane I nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 1 wird gleichzeitig oder nacheinander ein Äquivalent mindestens eines, insbesondere eines, Polyiso(thio)cyanats, insbesondere eines Poylisocyanats, der allgemeine Formel VII:
G(NCX)r + s (VII),
worin die Variable und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, mit r Äquivalenten mindestens einer, insbesondere einer, Verbindung der allgemeine Formel VIII:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-YH (VIII), worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe, und mit s Äquivalenten mindestens einer, insbesondere einer, Verbindung der allgemeine Formel IX:
R3-YH (IX),
worin die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Y = Iminogruppe >NR4, umgesetzt.
Beispiele geeigneter Polyisocyanate der allgemeinen Formel VII sind die Polyisocyanate, vorzugsweise die Tri- und Diisocyanate, insbesondere die Diisocyanate, der vorstehend beschriebenen acyclischen und cyclischen, insbesondere cyclischen Verbindungen, von denen sich die Gruppen G oder die in den Gruppen G enthaltenen acyclischen und cyclischen, insbesondere cyclischen, Gruppen ableiten.
Beispiele geeigneter erfindungsgemäß zu verwendender acyclischer Diisocyanate sind Trimethylendiisocyanat, Tetramethylendiisocyanat, Pentamethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat,
Ethylethylendiisocyanat oder Trimethylhexandiisocyanat.
Beispiele geeigneter erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender cyclischer Diisocyanate sind Cyclohexan-, Dicyclohexylmethan- und 2,2- Dicyclohexylpropandiisocyanat, 5-lsocyanato-1-isocyanatomethyl-1 ,3,3- trimethyl-cyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), Diisocyanate, abgeleitet von Dimerfettsäuren, wie sie unter der Handelsbezeichnung DDI 1410 von der Firma Henkel vertrieben und in den Patentschriften WO 97/49745 A 1 und WO 97/49747 A 1 beschrieben werden, insbesondere 2-Hepty]-3,4-bis(9-isocyanatononyl)-1-pentyl-cyclohexan. oder 1,2-, 1,4- oder 1 ,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, 1 ,2-, 1 ,4- oder 1 ,3-Bis(2- isocyanatoeth-1 -yl)cyclohexan, 1 ,3-Bis(3-isocyanatoprop-1 -yl)cyclohexan oder 1 ,2-, 1,4- oder 1 ,3-Bis(4-isocyanatobut-1-yl)cyclohexan. Benzol-, Toluol-, Diphenylmethan- und 2,2-Diphenylpropandiisocyanat sowie Tetramethylxylidendiisocyanat (TMXDI). Besonders bevorzugt werden IPDI und TMXDI, insbesondere IPDI, verwendet.
Beispiele geeigneter Verbindungen der allgemeinen Formel VIII sind 2- Hydroxyethyl-trimethoxysilan, 2-Hydroxyethyl-triethoxysilan, 3-
Hydroxypropyl-trimethoxysilan, 3-Hydroxypropyl-triethoxysilan, Bis(2- Trimethoxysilylethyl)amin, Bis(2-triethoxysilylethyl)amin, Bis(3- triethoxysilylpropyl)amin und Bis(3-triethoxysilylpropyl)amin (Dynasilan ® 1122 der Firma Degussa), insbesondere Bis(3-triethoxysilylpropyl)amin.
Beispiele geeigneter Bindungen der allgemeinen Formel IX sind Glycidol, 1-Hydroxy-3,4-epoxy-cyclohexan und 2-(4-Hydroxyphenyl)-oxiran, insbesondere Glycidol.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 2 wird ein Äquivalent mindestens mindestens einer, insbesondere einer, Verbindung der allgemeinen Formel X:
G(-YH)r + s (X),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Y = Iminogruppe >NR4, mit r Äquivalenten mindestens eines, insbesondere eines,
Monoiso(thio)cyanats, insbesondere eines Monoisocyanats, der allgemeinen Formel XI:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-NCX (XI), worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe, und mit s Äquivalenten mindestens eines, insbesondere eines, Monoiso(thio)cyanats, insbesondere eines Monoisocyanats, der allgemeinen Formel XII:
R3-NCX (XII),
worin die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben, umgesetzt.
Beispiele geeigneter Verbindungen der allgemeinen Formel X sind Diole, wie 1 ,2-, 1 ,3- und 1,4-Dihydroxy-cyclohexan, Brenzkatechin, Hydrochinon, Bisphenol A und Bisphenol F.
Beispiele geeigneter Monoisocyanate der allgemeinen Formel XI sind 2- Isocyanatopropyltrimethoxy- und -triethoxysilan.
Ein Beispiel für ein geeignetes Monoisocyanat der allgemeinen Formel XII ist 2-lsocyanatomethyl-oxiran.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 3 wird gleichzeitig oder nacheinander ein Äquivalent mindestens einer, insbesondere einer, Verbindung der allgemeinen Formel X:
G(-YH)r+ l (X),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene
Bedeutung haben und worin mindestens eine Gruppe Y = Iminogruppe >NR4, mit r Äquivalenten mindestens eines, insbesondere eines, Monoiso(thio)cyanats, insbesondere eines Monoisocyanats, der allgemeinen Formel XI:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-NCX (XI),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe; und mit s Äquivalenten mindestens eines, insbesondere eines, Monoiso(thio)cyanats, insbesondere eines Monoisocyanats, der allgemeinen Formel XIII:
R6-NCX (XIII),
worin die Variable X die vorstehend angegebene Bedeutung hat und worin R6 = einbindige, organische Gruppe mit mindestens einer Kohlenstoff- Kohlenstoff-Doppelbindung ("Doppelbindung"); umgesetzt, wonach man die Doppelbindung(en) des resultierenden Zwischenprodukts mit einem Epoxidierungsmittel zu Epoxidgruppen umsetzt.
Beispiele geeigneter Verbindungen der allgemeinen Formel X für das erfindungsgemäße Verfahren 3 sind Polyamine, insbesondere Diamine, und Aminoalkohole, wie Ethylendiamin, Propylendiamin, Diethylentriamin, Triethylenetraamin, Ethanolamin und Diethanolamin.
Beispiele geeigneter Monoisocyanate XIII sind Vinylisocyanat, Allylisocyanat, 1-lsocyanato-but-3-en und 1-(1-lsocyanato-1-methylethyl)- 3-(1-methylethenyl)-benzol, das unter der Marke TMI® von der Firma CYTEC erhältlich ist.
Beispiele geeigneter Epoxidierungsmittel sind Ozon und Peroxide, wie m- Chlorperbenzoesäure. Ein Beispiel für ein ganz besonders vorteilhaftes erfindungsgemäßes Silan I ist das Umsetzungsprodukt von einem Äquivalent IPDI mit einem Äquivalent Bis(3-triethoxysilylpropyl)amin und einem Äquivalent Glycidol.
Die erfindungsgemäßen Silane I sind hervorragende für die Herstellung von erfindungsgemäßen Kondensaten, insbesondere in einem Sol-Gel- Prozess, geeignet. Dazu werden sie in an sich bekannter Weise hydrolysiert und polykohdensiert. Vorzugsweise wird die Kondensation in einer wässrigen Phase durchgeführt. Dabei kann das erfindungsgemäße Silan I zur wässrigen Phase zudosiert werden oder die wässrige Phase kann zu einer flüssigen organischen Phase, die das erfindungsgemäße Silan I enthält oder hieraus besteht, zudosiert werden. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Silan I zur wässrigen Phase zudosiert. Bevorzugt wird die Kondensation in der Gegenwart einer organischen oder anorganischen, insbesondere einer organischen, Säure durchgeführt. Vorzugsweise wird Essigsäure verwendet. Die Reaktionstemperaturen, bei denen die Kondensation durchgeführt wird, können breit variieren; vorzugsweise wird sie bei einer Temperatur von - 10 bis + 50, bevorzugt 0 bis + 40 und insbesondere + 10 bis + 30 °C durchgeführt. Es empfiehlt sich, das resultierende Reaktionsgemisch während einer Stunde bis drei Tagen nachreagieren zulassen.
Die erfindungsgemäßen Silane I und ihre erfindungsgemäßen Kondensate eignen sich hervorragend als härtbare Massen, insbesondere thermisch oder Dual-Cure-härtbare Massen, oder zu deren Herstellung.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Massen an den erfindungsgemäßen
Silanen I und ihren erfindungsgemäßen Kondensaten kann sehr breit variieren und richtet sich nach ihrem Verwendungszweck und der für die
Applikation vorteilhaften Viskosität. Vorzugsweise liegt der Gehalt bei 10 bis 80, bevorzugt 15 bis 75, besonders bevorzugt 20 bis 70 und insbesondere 25 bis 65 Gew.-%, jeweils bezogen auf die erfindungsgemäße Masse.
Die erfindungsgemäßen Massen können mindestens ein Modifizierungsmittel enthalten. Beispiele geeigneter Modifizierungsmittel sind Zusatzstoffe, wie sie beispielsweise . auf dem Gebiet der Beschichtungsstoffe üblicherweise verwendet werden, wie Bindemittel, Vernetzungsmittel, Pigmente, mit aktinischer Strahlung härtbare Stoffe, Reaktivverdünner und Additive (vgl. beispielsweise die deutsche Patentanmeldung DE 199 30 665 A 1 , Seite 4, Zeile 17, bis Seite 13, Zeile 20). Bei der Auswahl der Modifizierungsmittel ist darauf zu achten, dass sie keine katalytische Wirkung hinsichtlich der Vernetzung der erfindungsgemäßen Massen über die Epoxidgruppen entfalten oder keine derartigen Bestandteile enthalten.
Beispiele gut geeigneter Modifizierungsmittel sind Bindemittel, insbesondere in der Form ihrer wässrigen Dispersionen. Besonders gut geeignete Bindemittel und wässrige Dispersionen sowie die Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 30 665 A 1, Seite 3, Zeilen 15 bis 47, und Seite 4, Zeile 17, bis Seite 9, Zeile 2, bekannt.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Massen an den Bindemitteln kann sehr breit variieren und richtet sich nach ihrem Verwendungszweck und nach der hierfür erforderlichen Härte und Krat∑festigkeit. Vorzugsweise liegt der Gehalt bei 0,1 bis 20, bevorzugt 0,2 bis 15, besonders bevorzugt 0,3 bis 12,5 und insbesondere 0,5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die erfindungsgemäße Masse. Die Modifizierungsmittel können vor, während oder nach der Kondensation der erfindungsgemäßen Silane I zugesetzt werden. Vorzugsweise werden sie nach der Kondensation der erfindungsgemäßen Silane I der betreffenden erfindungsgemäßen Masse zugesetzt. Dabei können üblichen und bekannten Mischverfahren und -Vorrichtungen, wie Rührkessel, Dissolver, Ultraturrax, In-Iine-Dissolver, Rührwerksmühlen oder Extruder eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Massen dienen der Herstellung thermisch gehärteter oder Dual-Cure-gehärteter Massen, insbesondere von Beschichtungen, Lackierungen, Formteilen, insbesondere optischen Formteilen, und frei tragenden Folien.
Dabei dienen die Beschichtungen, Lackierungen und freitragenden Folien insbesondere dem Schutz von Oberflächen von Substraten jeglicher Art vor der Beschädigung durch mechanische und/oder chemische Einwirkung, insbesondere dem Schutz vor Kratzern und vor der Beschädigung durch Chemikalien, und/oder zu ihrer Dekoration. Bei den Substraten handelt es sich vor allem um Fortbewegungsmittel jeglicher Art, insbesondere mit Muskelkraft betriebene Fortbewegungsmittel, wie Fahrräder oder Draisinen, Fluggeräte, wie Flugzeuge oder Zeppeline, Schwimmkörper, wie Schiffe oder Bojen, Schienenfahrzeuge, und Kraftfahrzeuge, wie Motorräder, Busse, LKW oder PKW, sowie Teile hiervon, Bauwerke, Möbel, Fenster und Türen, industrielle Kleinteile, Coils, Container, Emballagen, weiße Ware, Folien, optische Bauteile, elektrotechnische Bauteile, mechanische Bauteile sowie Glashohlkörper. Weitere Beispiele für Verwendungszwecke und Substrate sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 198 16 136 A 1 , Spalte 7, Zeile 54, bis Spalte 8, Zeile 58, bekannt. Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Massen für die Herstellung hochkratzfester chemikalienbeständiger Klarlackierungen im Rahmen der Automobilserienlackierung (OEM) mit färb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen verwendet. Bekanntermaßen werden diese besonders hochwertigen Mehrschichtlackierungen nach so genannten Nass-in-nass-Verfahren hergestellt, wie sie beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 30 665 A 1 , Seite 15, Zeilen 15, bis Seite 16, Zeile 24, bekannt sind.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungen und Lackierungen werden die erfindungsgemäßen Massen mit Hilfe der für den jeweiligen Verwendungszweck üblichen und bekannten geeigneten Verfahren appliziert, wie z.B. Spritzen, Rakeln, Streichen, Gießen, Tauchen, Tränken, Träufeln oder Walzen erfolgen. Dabei kann das zu beschichtende Substrat als solches ruhen, wobei die Applikationseinrichtung oder -anläge bewegt wird. Indes kann auch das zu beschichtende Substrat, insbesondere ein Coil, bewegt werden, wobei die Applikationsanlage relativ zum Substrat ruht oder in geeigneter Weise bewegt wird.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile werden die erfindungsgemäßen Massen in geeignete Hohlformen gegossen und darin ausgehärtet, wonach sie von den Hohlformen getrennt werden.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Folien werden die üblichen und bekannten Methoden wie Gießen oder Folienblasen angewandt.
Die Aushärtung der erfindungsgemäßen Massen kann nach einer gewissen Ruhezeit erfolgen. Sie kann eine Dauer von 30 Sekunden bis 2 Stunden, vorzugsweise 1 Minute bis 1 Stunde und insbesondere 1 bis 45
Minuten haben. Die Ruhezeit dient beispielsweise zum Verlauf und zur Entgasung der Lackschichten oder zum Verdunsten von flüchtigen Bestandteilen. Die Ruhezeit kann durch die Anwendung erhöhter Temperaturen bis 90 °C und/oder durch eine reduzierte Luftfeuchte < 10 g Wasser/kg Luft, insbesondere < 5 g/kg Luft, unterstützt und/oder verkürzt werden, sofern hierbei keine Schädigungen oder Veränderungen der erfindungsgemäßen Massen eintreten, etwa eine vorzeitige vollständige Vernetzung.
Die thermische Härtung weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt nach den üblichen und bekannten Methoden wie Erhitzen in einem Umluftofen oder Bestrahlen mit IR-Lampen. Hierbei kann die thermische Härtung auch stufenweise erfolgen. Eine weitere bevorzugte
Härtungsmethode ist die Härtung mit nahem Infrarot (NIR-Strahlung).
Besonders bevorzugt wird ein Verfahren angewandt, bei der der Bestandteil Wasser rasch aus den Nassschichten entfernt wird. Geeignete
Verfahren dieser Art werden beispielsweise von Roger Talbert in Industrial
Paint & Powder, 04/01, Seiten 30 bis 33, »Curing in Seconds with NIR«, oder in Galvanotechnik, Band 90 (11), Seiten 3098 bis 3100,
»Lackiertechnik, NIR-Trocknung im Sekundentakt von Flüssig- und Pulverlacken«, beschrieben.
Vorteilhafterweise erfolgt die thermische Härtung bei einer Temperatur von 50 bis 170, besonders bevorzugt 60 bis 165 und insbesondere 80 bis 150 °C während einer Zeit von 1 Minute bis zu 2 Stunden, besonders bevorzugt 2 Minuten bis zu 1 Stunde und insbesondere 3 bis 30 Minuten.
Die thermische Härtung kann durch die Härtung mit aktinischer Strahlung ergänzt werden.
Überraschenderweise läuft die thermische Härtung der erfindungsgemäßen Massen ohne die Verwendung externer Katalysatoren rasch und problemlos ab. Die Abwesenheit externer Katalysatoren hat den zusätzlichen Vorteil zur Folge, dass die resultierenden erfindungsgemäßen thermisch gehärteten Massen keine Katalysatorreste enthalten, die zu Verfärbungen, Geruchsproblemen und/oder zur Schädigung von Substraten und/oder von einzelnen oder mehreren Schichten von färb- und/oder Mehrschichtlackierungen führen könnten.
Noch mehr überrascht, dass die erfindungsgemäßen gehärteten Massen im Gegensatz zu den bekannten gehärteten Massen auf der Basis von Kondensaten von epoxyfunktionellen Silanen nicht nur hoch kratzfest, sondern auch chemikalienbeständig, insbesondere beständig gegenüber Säuren und Basen, und beständig gegenüber aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, sind.
Beispiele und Vergleichsversuche
Beispiel 1
Die Herstellung eines epoxyfunktionellen, urethangruppenhaltigen Silans der aligemeinen Formel I
In einem Kolben, ausgerüstet mit einem Rückflusskühler und einem Rührer, wurden unter Stickstoff 15,34 g Isophorondiisocyanat (0,069 Mol) in 11,56 g Methylethylketon gelöst und auf 10 °C abgekühlt. Anschließend wurden langsam 29,38 g (0,069 Mol) Bis(3-triethoxysilylpropyl)amin (Dynasilan © 1122 der Firma Degussa) unter Rühren zudosiert. Nach' Beendigung der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch langsam auf Raumtemperatur erwärmt. Anschließend wurden zu der resultierenden Mischung unter Stickstoff langsam 5,27 (0,07 Mol) Glycidol zudosiert. Das resultierende Reaktionsgemisch wurde während 14 Stunden bei Raumtemperatur und 10 Stunden bei 60 °C gerührt, wonach die Reaktion beendet war (Nachweis durch das Verschwinden der Isocyanatbande im IR-Spektrum des Reaktionsgemischs).
Beispiel 2
Die Herstellung eines Beschichtungsstoffs auf Basis des Silans I des Beispiels 1 und einer Klarlackierung hieraus
In einem Reaktionsgefäß, ausgerüstet mit Tropftrichter und Rührer, wurden 0,5 Gewichtsteile deionisiertes Wasser, 6,3 Gewichtsteile 0,1 N Essigsäure und 0,75 Gewichtsteile Eisessig vorgelegt. Die Mischung wurde unter Rühren langsam mit 14,5 Gewichtsteilen des Silans l des Beispiels 1, versetzt. Die resultierende trübe Mischung wurde während fünf Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Bereits nach vier Stunden begann die Mischung langsam aufzuklaren und war nach fünf Stunden völlig transparent. Der resultierende Beschichtungsstoff wurde auf eine Glastafel aufgerakelt, und die resultierende Schicht wurde während 22 Minuten bei 140 °C ausgehärtet.
Die so erhaltene Klarlackierung wies eine Trockenschichtdicke von 20 μm auf. Sie war frei von Spannungsrissen und anderen Oberflächendefekten. Sie war außerdem hoch kratzfest, was anhand des Stahlwolle-Kratztests (Note 1 - 2) untermauert wurde.
Zur Durchführung des Stahlwolle-Kratztests wurde ein Hammer nach DIN 1041 (Gewicht ohne Stiel: 800 g; Stiellänge: 35 cm) verwendet. Die Prüftafeln wurden vor dem Test während 24 Stunden bei Raumtemperatur gelagert.
Die flache Hammerseite wurde mit einer Lage Stahlwolle bespannt und mit Tesakrepp an den hochgeschlagenen Seiten befestigt. Der Hammer wurde im rechten Winkel auf die Klariackierungen aufgesetzt. Das Gewichtsstück des Hammers wurde ohne zu verkannten und ohne zusätzliche Körperkraft in einer Spur über die Oberfläche der Klarlackierung geführt.
Bei jeder Prüfung wurden 10 Doppelhübe per Hand ausgeführt. Nach jeder dieser Einzelprüfungen wurde die Stahlwolle ausgetauscht.
Nach der Belastung wurden die Prüfflächen mit einem weichen Tuch von den Stahlwolleresten gereinigt. Die Prüfflächen wurden visuell unter Kunstlicht ausgewertet und wie folgt benotet:
Note Schädigungsbild
1 nicht vorhanden
2 gering
3 mäßig
4 mäßig bis mittel
5 stark
6 sehr stark
Die Auswertung erfolgte unmittelbar nach dem Versuchsende.
Die Chemikalienbeständigkeit wurde mit Hilfe des BART geprüft.
Der BART (BASF ACID RESISTANCE TEST) diente der Ermittlung der Beständigkeit der Klarlackierung gegen Säuren, Laugen und Wassertropfen. Dabei wurde die Klarlackierung auf einem Gradientenofen nach der Einbrennung während 30 min bei 40°C einer weiteren Temperaturbelastung ausgesetzt. Zuvor wurden die Testsubstanzen (Schwefelsäure 10%-ig, 36%-ig; schweflige Säure 6%-ig, Salzsäure 10%- ig, Natronlauge 5%-ig,'VE (= voll entsalztes bzw. deionisiertes) Wasser- 1,2,3 bzw. 4 Tropfen) definiert mit einer Dosierpipette aufgebracht. Im Anschluss an die Einwirkung der Substanzen wurden diese unter fließendem Wasser entfernt und die Beschädigungen nach 24 h entsprechend einer vorgegebenen Skala visuell beurteilt:
Benotung Aussehen
0 kein Defekt
1 leichte Markierung 2 Markierung/Vermattung/keine Erweichung
3
Markierung/Vermattung/Farbtonveränderung/Erweichung
4 Risse/beginnende Durchätzung
5 Klarlack entfernt
Es wurde jede einzelne Markierung (Spot) ausgewertet und das Ergebnis in, Form einer Note für jede Testsubstanz festgehalten:
Testsubstanz Note
Schwefelsäure 10%ig 0
Schwefelsäure 36%ig 0
Salzsäure 10%ig 1
Schweflige Säure 6%ig 0
Natronlauge 5 %ig 0
VE-Wasser 0
Die Klarlackierung wies demnach eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit auf. Vergleichsversuch V 1 Die Herstellung eines Beschichtungsstoffs auf Basis eines bekannten epoxyfunktionellen Silans und einer Klarlackierung hieraus
2,78 Gewichtsteile Böhmit (Disperal ® P 3 der Firma Sasol Germany GmbH) wurden zu 25 Gewichtsteilen 0,1 N Essigsäure gegeben. Die resultierende Mischung wurde bei Raumtemperatur solange gerührt, bis das Böhmit vollständig gelöst war. Anschließend wurde die kolloidale Lösung während 5 Minuten mit Ultraschall behandelt.
Zu dem resultierenden homogenen Böhmit-Sol wurde 1 Gewichtsteil Glycidyloxypropyltriethoxysilan hinzugegeben. Die so erhaltene Mischung wurde während fünf Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
Der resultierende Beschichtungsstoff wurde auf eine Glastafel aufgerakelt, und die resultierende Schicht wurde während 22 Minuten bei 140 °C ausgehärtet.
Die so erhaltene Klarlackierung wies eine Trockenschichtdicke von 20 μm auf. Sie war frei von Spannungsrissen und anderen Oberflächendefekten. Sie war außerdem außergewöhnlich kratzfest, was anhand des Stahlwolle-Kratztests (Note 1) untermauert wurde. Die Chemikalienbeständigkeit ließ jedoch stark zu wünschen übrig. So ergab der BART die folgenden Ergebnisse:
Testsubstanz Note
Schwefelsäure 10%ig 1
Schwefelsäure 36%ig 1 Salzsäure 10%ig 2
Schweflige Säure 6%ig 1 Natronlauge 5 %ig 4
VE-Wasser 0

Claims

Patentansprüche
1. Epoxyfunktionelle Silane der allgemeinen Formel I:
[(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-Y-C(X)-Y-]rG[-Y-(X)C-Y-R3]s (I),
worin die Indizes für Null oder ganze Zahlen stehen, wobei
m + n = 3; m = 1 , 2 oder 3; n = 0, 1 oder 2; o = 0 oder 1 , wobei q = 1 , wenn o = 0; p = 1 , 2, 3 oder 4; q = 0 oder 1.wobei p = 1 , wenn q = 0; r, s 1 , 2 oder 3; .
und die Variablen die folgende Bedeutung haben:
Z hydrolysierbares Atom, Hydroxylgruppe oder hydrolysierbare, einbindige, substituierte oder unsubstituierte
Gruppe;
R substituierte oder unsubstituierte, nicht hydrolysierbare, einbindige, organische Gruppe, enthaltend keine Epoxidgruppe;
R1 substituierte oder unsubstituierte, verknüpfende, zweibindige, organische Gruppe;
R2 substituierte oder unsubstituierte, verknüpfende, (p + 1)- bindige, organische Gruppe; R3 substituierte oder unsubstituierte, nicht hydrolysierbare, einbindige, organische Gruppe, enthaltend mindestens eine Epoxidgruppe;
X gleich oder verschieden voneinander: Sauerstoffatom oder Schwefelatom;
G substituierte oder unsubstituierte, (r + s)-bindige, organische Gruppe;
Y gleich oder verschieden voneinander: Sauerstoffatom, Schwefelatom oder Iminogruppe >NR4 mit
R4 gleich oder verschieden voneinander:
Wasserstoffatom, Gruppe R, Gruppe der allgemeinen Formel II:
(ZmRnSi-RV)pR2 q- (II),
Gruppe der allgemeinen Formel III:
R3- (IN),
Gruppe der allgemeinen Formel IV:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-NH-C(X)- (IV) oder
Gruppe der allgemeinen Formel V: R3-NH-C(X)- (V);
worin die Indizes und die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben.
2. Silane nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, die Gruppe G mindestens eine cyclische Gruppe enthält oder hieraus besteht.
3. Silane nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass n = 0.
4. Silane nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass r = 1.
5. Silane nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass q = 0.
6. Silane nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass o = 1.
7. Silane nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass s = 1.
8. Silane nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe G oder die in der Gruppe G enthaltene(n) cyclische(n) Gruppe(n) aus der Gruppe, bestehend aus Heteroatome enthaltenden und von Heteroatomen freien, gesättigten und ungesättigten, cycloaliphatischen Gruppen und Heteroatome enthaltenden und Von Heteroatomen freien aromatischen Gruppe, ausgewählt wird oder werden.
. Silane nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrolysierbare Atom Z aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff-, Fluor-, Chlor-, Brom- und lodatomen, ausgewählt wird und die hydrolysierbare, einbindige Gruppe Z eine Hydroxylgruppe ist oder die allgemeine Formel XIV hat:
R5-W- (VI),
worin die Variablen die folgende Bedeutung haben:
W Sauerstoffatom, Schwefelatom, Carbonylgruppe oder Carboxylgruppe;
R5 einbindiger, organischer Rest, enthaltend mindestens eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und unsubstituierten, verzweigten und unverzweigten, cyclischen und nicht cyclischen Alkyl-, Alkenyl- und Alkinyl- sowie substituierten und unsubstituierten Arylgruppen, oder hieraus bestehend.
10. Silane nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die substituierte oder nicht substituierte, nicht hydrolysierbare, einbindige, organische Gruppe R, enthaltend keine Epoxidgruppe, mindestens eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und nicht substituierten, verzweigten und un verzweigten, nicht cyclischen und cyclischen Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen sowie substituierten und nicht substituierten Arylgruppen, enthält oder hieraus besteht.
11. Silane nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die substituierte oder nicht substituierte, verknüpfende, zweibindige, organische Gruppe R1 mindestens eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und nicht substituierten, verzweigten und unverzweigten, nicht cyclischen und cyclischen Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen sowie substituierten und nicht substituierten Arylgruppen, enthält oder hieraus besteht.
12. Silane nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die substituierte oder unsubstituierte, verknüpfende, (p + 1)-bindige, organische Gruppe R2 mindestens eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus substituierten und nicht substituierten, verzweigten und unverzweigten, nicht cyclischen und cyclischen Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen sowie substituierten und nicht substituierten Arylgruppen, enthält oder hieraus besteht.
13. Verfahren zur Herstellung von Silanen der allgemeinen Formel I gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man gleichzeitig oder nacheinander ein Äquivalent mindestens eines Polyiso(thio)cyanats der allgemeine Formel VII:
G(NCX)r + s (VII),
worin die Variable und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, mit r Äquivalenten mindestens einer Verbindung der allgemeine Formel VIII:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-YH (VIII),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene
Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe, und mit s Äquivalenten mindestens einer Verbindung der allgemeine Formel IX:
R3-YH (IX), ' worin die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Y = Iminogruppe >NR4, umsetzt.
14. Verfahren zur Herstellung von Silanen der allgemeinen Formel I gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man gleichzeitig oder nacheinander ein Äquivalent mindestens einer Verbindung der allgemeinen Formel X:
G(-YH)r + s (X),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Y = Iminogruppe >NR4, mit r Äquivalenten mindestens eines Monoiso(thio)cyanats der allgemeinen Formel XI:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-NCX (XI),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe, und mit s Äquivalenten mindestens eines
Monoiso(thio)cyanats der allgemeinen Formel XII:
R3-NCX (XII), worin die Variablen die vorstehend angegebene Bedeutung haben, umsetzt.
15. Verfahren zur Herstellung von Silanen der allgemeinen Formel I gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man gleichzeitig oder nacheinander ein Äquivalent mindestens einer Verbindung der allgemeinen Formel X:
G(-YH)r + s (X),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben und worin mindestens eine Gruppe Y = Iminogruppe >NR4, mit r Äquivalenten mindestens eines Monoiso(thio)cyanats der allgemeinen Formel XI:
(ZmRnSi-R1 0-)pR2 q-NCX (XI),
worin die Variablen und die Indizes die vorstehend angegebene Bedeutung haben, ausgenommen Z = Wasserstoffatom und Hydroxylgruppe; und mit s Äquivalenten mindestens eines
Monoiso(thio)cyanats der allgemeinen Formel XIII:
R6-NCX (XIII),
worin die Variable X die vorstehend angegebene Bedeutung hat und worin R6 = einbjndige, organische Gruppe mit mindestens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung ("Doppelbindung"); umsetzt, wonach man die Doppelbindung(en) des resultierenden Zwischenprodukts mit einem Epoxidierungsmittel zu Epoxidgruppen umsetzt.
16. Verwendung der Silane der allgemeinen Formel I gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und der mit Hilfe des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15 hergestellten Silane der allgemeinen Formel I in einem Sol-Gel-Prozess.
17. Verwendung der Silane der allgemeinen Formel I gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und der mit Hilfe des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15 hergestellten Silane der aligemeinen Formel la und Ib als härtbare Massen oder zu deren Herstellung.
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