WO2008015120A1 - λ5-Si - SILICATE-FUNCTIONAL PREPOLYMERS - Google Patents

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WO2008015120A1
WO2008015120A1 PCT/EP2007/057570 EP2007057570W WO2008015120A1 WO 2008015120 A1 WO2008015120 A1 WO 2008015120A1 EP 2007057570 W EP2007057570 W EP 2007057570W WO 2008015120 A1 WO2008015120 A1 WO 2008015120A1
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WO
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prepolymers
general formula
structural element
nitrogen atom
functional
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PCT/EP2007/057570
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Christoph Briehn
Volker Stanjek
Reinhold Tacke
Simona Dragota
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Wacker Chemie Ag
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04Polysiloxanes
    • C08G77/045Polysiloxanes containing less than 25 silicon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
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    • C08K5/544Silicon-containing compounds containing nitrogen
    • C08K5/5477Silicon-containing compounds containing nitrogen containing nitrogen in a heterocyclic ring

Definitions

  • the invention relates to moisture-curable ⁇ ⁇ Si silicate-functional prepolymers, processes for their preparation and polymer blends containing these prepolymers.
  • Prepolymers which have reactive alkoxysilyl groups have long been known and are widely used for the production of elastic sealants and adhesives in the industrial and construction sectors.
  • these alkoxysilane-terminated prepolymers are already at room temperature able to condense with elimination of the alkoxy groups and formation of Si-O-Si bonds with each other.
  • these prepolymers can be u.a. as a one-component curing in the air
  • thermoplastics long-chain polymers
  • elastomers relatively wide-meshed three-dimensional networks
  • thermalsets highly crosslinked systems
  • Alkoxysilane-functional prepolymers can be composed of different building blocks. They usually have an organic backbone, ie they are composed, for example, of polyurethanes, polyethers, polyesters, polyacrylates, polyvinyl esters, ethylene-olefin copolymers, styrene-butadiene copolymers or polyolefins, as described, inter alia, in US Pat. Nos. 6,207,766 B and 3,971,751 A described. In addition, prepolymers are widely used, the backbone quite or at least in part consist of organosiloxanes, described inter alia in US 5,254,657 A.
  • silanes and coupling reactions can be used, e.g. an addition of Si-H-functional alkoxysilanes to unsaturated prepolymers, a copolymerization of unsaturated organosilanes with other unsaturated monomers or a reaction of hydroxy-functional prepolymers with isocyanate-functional alkoxysilanes, as described, for example, in US Pat. No. 5,068,304.
  • a disadvantage of most known and currently used systems is their only moderate reactivity to moisture, both in the form of atmospheric moisture and in the form of - optionally added - water.
  • the addition of a catalyst is absolutely necessary. This is especially problematic because the organotin compounds usually used as catalysts are toxicologically questionable.
  • the tin catalysts used often contain traces of highly toxic tributyltin derivatives.
  • Alkoxysilane-terminated prepolymers as described, for example, in DE 101 42 050 A and DE 10 2004 059 379 A, can therefore represent a major advantage.
  • These prepolymers are characterized in that they contain alkoxysilyl groups, the only by a methylene spacer of a Nitrogen atom are separated.
  • these prepolymers have an extremely high reactivity towards (atmospheric moisture, so that they can be processed into prepolymer blends that can do without metal-containing catalysts, and still at room temperature with sometimes extremely short tack-free times or with very high
  • CC alkoxysilane terminated prepolymers are typically prepared by a reaction of a CC aminosilane, i. an aminomethyl-functional alkoxysilane prepared with an isocyanate-functional prepolymer or an isocyanate-functional precursor of the prepolymer.
  • CC aminosilanes are N-cyclohexylaminomethyltrimethoxysilane, N-cyclohexylaminomethylmethyldimethoxysilane, N-ethylaminomethyltrimethoxysilane, N-ethylaminomethylmethyldimethoxysilane, N-butylaminomethyltrimethoxysilane, N-cyclohexylaminomethyltriethoxysilane, N-cyclohexylaminomethylmethyldiethoxysilane , Piperazinomethyl- trimethoxysilane, piperazinomethyl-methyldimethoxysilane and piperazinomethyl-dimethylmethoxysilane and the corresponding ethoxysilanes.
  • Prepolymer which is stable to (air) moisture and can be crosslinked if necessary by forming siloxane, particularly desirable because such polymers present in aqueous solution in the hardening - apart from the liberated by hydrolysis and condensation of the alkoxysilyl group - no organic Solvent would release and also possessed in water a very long pot life.
  • the invention relates to moisture-curable prepolymers (A) which have at least one structural element selected from the general formulas [1] to [3],
  • L is a monodentate ligand selected from a
  • L 2 is a bidentate ligand selected from a diol, aminoalcohol, hydroxycarboxylic acid, aminocarboxylic acid and dicarboxylic acid radical, with the proviso that the four ligands L are capable of to stabilize the pentacoordinated silicon atom,
  • B is a structural element (CR-L 2 ) m or an optionally substituted alkylene interrupted by heteroatoms,
  • R is hydrogen or an optionally substituted hydrocarbon radical
  • R! Mean hydrogen, halogens or an optionally substituted hydrocarbon radical and m can assume the values 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the nitrogen atom in the general formula [2] as endocyclic nitrogen atom is part of an aliphatic heterocycle, and the nitrogen atom in the general Formula [3] as an endocyclic nitrogen atom is part of an aromatic heterocycle.
  • the structural elements of the general formulas [1] to [3] are characterized in that the nitrogen atom carries a positive formal charge, and the silicon atom of the silyl fragment SiL4 carries a negative formal charge.
  • the ligands L4 are bound to the silicon atom via the atoms F, O or N.
  • Bidentate ligands L2 are doubled in the general formulas [1] to [3], for example, two bidentate ligands L2 are required for L4.
  • the prepolymers (A) are stable in the presence of water or in aqueous solution or suspension in a pH range which depends on the nature of the particular structural element of the general formulas [1] to [3] and can be modified if necessary, in particular by changing the pH pH, after hydrolysis by condensation of the silanol groups are cured.
  • L4 contains one or two bidentate ligands L2.
  • L4 stands for two identical bidentate ligands L2, which are derived from alkane-1,2-diols, ⁇ -hydroxycarboxylic acids, dicarboxylic acids or alkylhydroxamic acids.
  • the radical B is preferably a C] _, C2 ⁇ , C3 or C4 ⁇ spacer or a phenylene radical.
  • B particularly preferably represents a C] _-
  • the radicals R and R ⁇ - are preferably hydrogen, aliphatic or aromatic hydrocarbon radicals having 1 to 10, in particular 1 to 6 carbon atoms.
  • the radicals hydrogen, methyl, ethyl, n-propyl, cyclohexyl and phenyl are particularly preferred.
  • m preferably assumes the values 1, 2, 3 or 4, particularly preferably the value 1.
  • the aliphatic heterocycles which are part of the structural element of the general formula [2] are preferably optionally substituted aziridine, morpholine, pyrrolidine, piperazine and piperidine.
  • the aromatic heterocycles which are part of the structural element of general formula [3] are preferably optionally substituted pyridine, pyrrole, imidazole, benzimidazole, indole, quinoline, benzoxazole, benzothiazole, pyrazole or triazole. If the aliphatic heterocycles which are part of the structural element of the general formula [2] or the aromatic heterocycles which are part of the structural element of the general formula [3] bear substituents, these are preferably fluorine, chlorine or C 1 - to Cg-alkyl radicals.
  • Another object of the invention is the preparation of prepolymers (A) by a process in which functional prepolymers (Al) having a group reactive toward F in a first stage with silanes (Sl) of the general formula [4],
  • X is a monovalent, optionally substituted alkoxy radical, aryloxy radical, acyloxy radical each having 1 to 10, preferably 1 to 6, carbon atoms or a halogen and B have the meanings given in the general formulas [1] to [3].
  • Another object of the invention is the preparation of prepolymers (A) by a process in which functional prepolymers (Al) with an opposite F-reactive group with ⁇ ⁇ Si silicates (S2) of the general formula [5],
  • Prepolymers (A) have at least one structural element of the general formula [1] to [3].
  • prepolymers (A) can also be obtained by the silanes (Sl) of the general formula [4] or X, Si silicates (S2) of the general formula [5] by anionic, cationic or free-radical polymerization with a polymerizable monomer (M) are reacted, with the proviso that in the case of the use of silanes (Sl), the resulting prepolymers (A2) are then reacted with compounds (V) to give prepolymers (A).
  • silanes (Sl) of the general formula [4] or X Si silicates (S2) of the general formula [5] by anionic, cationic or free-radical polymerization with a polymerizable monomer (M) are reacted, with the proviso that in the case of the use of silanes (Sl), the resulting prepolymers (A2) are then reacted with compounds (V) to give prepolymers (A).
  • a process for the preparation of the copolymers (A) or the polymers (A2) and a list of the suitable polymerizable monomers (M) and silanes (S1) can be found, for example, in US Pat. Nos. 5,827,922 A and EP 0 853 645 A.
  • Preparation of the used for the polymerization ⁇ ⁇ Si silicates (S2) is described in the following text.
  • X is preferably a halogen, a methoxy, ethoxy or acetoxy radical; X is particularly preferably a chlorine atom or a methoxy radical.
  • the reactive group F contains an amino, methacrylato, acrylato, epoxy, isocyanato, vinyl, carbinol, carboxyl or thiol group.
  • silanes (Sl) of the general formula [4] preference is given to using chlorine- and alkoxy-functional silanes which carry isocyanato and amino groups as functional groups F.
  • silanes are isocyanatopropyltrimethoxysilane, isocyanatopropylmethyldimethoxysilane, isocyanatopropylphenyldimethoxysilane, isocyanatomethyltrimethoxysilane, isocyanatomethylmethyldimethoxysilane, isocyanatomethylphenyldimethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, aminopropylmethyldimethoxysilane, aminopropylphenyldimethoxysilane, aminomethyltrimethoxysilane, aminomethylmethyldimethoxysilane, aminomethyl -phenyldimethoxysilan,
  • ⁇ ⁇ Si-silicates (S2) of the general formula [5] preferably ⁇ ⁇ Si silicates are used, which carry as functional groups F isocyanato or amino groups.
  • ⁇ ⁇ Si silicates is the compound [8].
  • the preparation of the ⁇ ⁇ Si silicates (S2) of the general formula [5] is carried out starting from the silanes (Sl) of the general formula [4] by reaction with suitable compounds (V), which is a pentacoordinated (formally negatively charged) silicon atom in stabilize the general formula [5] and thus to Formation of zwitterionic structural elements of the general formula [5] are capable of.
  • the compounds (V) used are those compounds which
  • Contain structural elements with vicinally arranged hydroxy groups which can bind to the silicon atom after deprotonation as chelate ligands.
  • examples of such compounds are monomeric, oligomeric or polymeric sugars in both acyclic and cyclic forms such as glyceraldehyde, erythrose, threose, arabinose, ribose, ribulose, glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, cellulose, starch and cyclodextrins, and the like their reduced and oxidized forms, ascorbic acid, ethylene glycol, propylene glycol, 2-hydroxyacetic acid, oxalic acid, lactic acid, tartaric acid, mandelic acid, citric acid, glycerol, 3,4-dihydroxyproline, tetrahydro-3,4-furanediol, 1,2-cyclohexanediol, dioxolane 3,
  • Particularly preferred compounds (V) are tetrahydro-3,4-furanediol, dioxolan-3, 4-diol, fructose, sorbitol, citric acid, tartaric acid and 3,4-dihydroxyproline.
  • the zwitterionic .lambda.-Si silicates (S2) of the general formula [5] are formed by cleavage of the groups X of the silyl groups SiX.sub.s of the general formula [4].
  • This reaction can be carried out either with or without catalyst, but the reaction is preferably carried out without catalyst.
  • the silanes (S2) can be prepared both in an organic or aqueous solvent or in substance.
  • Polymers which are reactive towards the groups F of the silanes (SI) and ⁇ Si-silicates (S2) and generally from a polymer backbone (R) and the groups which are reactive towards the silanes (SI) and ⁇ Si-silicates (S2) (D) are constructed.
  • suitable polymers (R) are polyorganosiloxanes, polyurethanes, polyethers, polyesters, epoxy resins, polyacrylates, polyvinyl alcohols, polyvinyl acetates, polyvinyl butyrals, polyvinyl esters, ethylene-olefin copolymers, styrene-butadiene copolymers and polyolefins.
  • the reactive groups (D) are vinyl, hydroxy, amino, epoxy, methacrylato,
  • the functional groups (D) in linear polymers (Al) may be terminal, lateral or terminal and laterally attached. In the case of branched polymers, the position of the functional groups (D) is arbitrary.
  • the number of functional groups (D) in the prepolymer (Al) is preferably ⁇ 1.
  • the reactive silanes (Sl) or ⁇ 5 Si-silicates (S2) through its functional group F - preferably covalently - to the functional group (D) of the prepolymer (Al) bound.
  • the synthesis of the prepolymers (A) by reaction of a vinyl-functional silane (Sl) or ⁇ ⁇ Si silicate (S2) with a Si-H-functional organopolysiloxane, by reacting an amino-functional silane ( Sl) or ⁇ ⁇ Si silicate (S2) with a Epoxy, methacrylato or acrylato-functional polymer, by reacting an isocyanate-functional silane (Sl) or ⁇ ⁇ Si-silicate (S2) with a hydroxy-functional polymer or by reacting an amino-functional silane (Sl) or ⁇ ⁇ Si silicate (S2) with an isocyanate-functional polymer, as described for example in DE 101 39 132 A.
  • Particularly preferred is a synthesis of the prepolymers (A) by reaction of a vinyl-functional silane (Sl) or ⁇ ⁇ Si silicate (S2) with a Si-H-functional organopolysiloxane, by reacting an amino-
  • the polymers (A2) used are the alkoxysilane-terminated prepolymers described in DE 101 39 132 A, which are distinguished by containing alkoxysilyl groups which are only separated from a nitrogen atom by a methylene spacer.
  • the prepolymer (A) according to the invention is obtained by the reaction with the prepolymer (Al).
  • the proportions of the components (Al) and (S2) or (Al ) and (Sl) are chosen so that the ratio between the number of functional groups F of the silane (Sl) or the ⁇ ⁇ Si silicate (S2) and the functional groups (D) of the polymer (Al) from 0.6 to 1.4.
  • Particularly preferred are the functional groups F and (D) in a ratio used by 1: 1.
  • the polymers (A) and (A2) are preferably free of functional groups (D) after the reaction with the silanes (S1) or ⁇ 1-5 silicates (S2).
  • the compound (V) is used in a stoichiometric ratio or an excess relative to that used for the preparation of the structural elements of the general formulas [1] to [3].
  • the compound (V) is used in an excess. This is also the case by the copolymerization of silanes
  • the compound (V) is used in an excess.
  • prepolymer (A) by reaction of the polymer (Al) with the ⁇ ⁇ Si silicate (S2) or by copolymerization of the ⁇ ⁇ Si silicate (S2) produced with suitable monomers, can in
  • Amount of used ⁇ 5 Si-silicate (S2) - ⁇ 10 wt .-%, preferably ⁇ 5 wt .-% of the compound (V) can be added.
  • the preparation of the prepolymers (A) by reacting the functional polymers (Al) with the silanes (Sl) or the ⁇ ⁇ Si silicates (S2) and in the case of the use of silanes (Sl) subsequent reaction with the compounds ( V) can be carried out in the absence of a solvent. Alternatively, the synthesis can be carried out in an organic solvent or in water. Of course, the synthesis of the prepolymers (A) can also be carried out in a mixture of different solvents. If the synthesis is carried out in a solvent, this can be removed by distillation after preparation of the prepolymer (A); Alternatively, the solvent may remain in the prepolymer (A).
  • the synthesis of the prepolymer (A) is preferably carried out at a temperature of 0 0 C to 120 0 C, more preferably at a temperature of 20 0 C to 100 ° C.
  • the preparation of the prepolymers (A) can be carried out as a one-pot reaction by simply combining the described components, it being possible to add a catalyst and / or to work at elevated temperature. Because of the sometimes relatively high exothermicity of these reactions, it may be advantageous to successively add the individual components in order to better control the amount of heat released to be able to. A separate purification or other workup of the prepolymer (A) is usually not required.
  • the reactions occurring in the preparation of the prepolymers (A) between the silanes (Sl) or ⁇ ⁇ Si silicates (S2) and the functional prepolymers (Al) and the reaction of the polymer (A2) with compounds (V) may optionally by a catalyst can be accelerated.
  • Suitable catalysts are the commonly used organic and inorganic heavy metal compounds, e.g. the organic ones
  • Tin compounds dibutyltin dilaurate, dioctyltin dilaurate, dibutyltin diacetylacetonate, dibutyltin diacetate or dibutyltin dioctoate, etc., in question.
  • titanates e.g. Titanium (IV) isopropylate, iron (III) compounds, e.g. Iron (III) acetylacetonate, or amines, e.g.
  • organic or inorganic Brönsted acids such as acetic acid, trifluoroacetic acid or benzoic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and their mono- and / or diesters, such.
  • Butyl phosphate, (iso) propyl phosphate, dibutyl phosphate, etc. are suitable as catalysts.
  • combinations of several catalysts can be used instead of a catalyst.
  • the prepolymers (A) are - depending on the nature of the present polymer backbone (R) - polymers which are soluble in conventional organic solvents and water or in mixtures of organic solvents and water and stable in storage. Shelf life means in this Context that the prepolymers (A) show no significant molecular weight and a concomitant increase in viscosity.
  • the storage stability of the prepolymers (A) is given only for one of the type of the respective structural element of the general formula [1] to [3] dependent concentration or a concentration range of Bronsted or Lewis acids or Bronstedt or Lewis bases , If this concentration range is left, a significant increase in molecular weight, a concomitant increase in viscosity and, finally, complete curing of the polymer are observed within a short time.
  • This behavior can be explained by the fact that the zwitterionic structure of the general formula [1] to [3] by leaving the
  • these can be admixed with Bronsted or Lewis acids or Bronsted or Lewis bases.
  • Bronsted or Lewis acids or Bronsted or Lewis bases can be added as a pure substance as well as a solution in water or an alcoholic solvent.
  • Lewis acids or Bronsted or Lewis bases in amounts of 0.01 to 5 wt .-%, particularly preferably from 0.01 to 1 wt .-%, based on the weight of the prepolymers (A) added.
  • the prepolymers (A) are cured by addition of Bronsted acids.
  • suitable acids are hydrochloric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid and p-toluenesulfonic acid.
  • the curing of the polymer is preferably initiated by changing the pH.
  • the curing of the prepolymers (A) typically takes place at a pH of ⁇ 10, preferably at a pH of ⁇ 8 and particularly preferably at a pH of ⁇ 7.
  • polymer blends (M) which contain the prepolymers (A).
  • the prepolymers (A) can be blended with other common components (K) known to the person skilled in the art.
  • K common components
  • auxiliaries such as adhesion promoters, plasticizers, thixotropic agents, fungicides, flame retardants, pigments, etc. are used.
  • light stabilizers, antioxidants, fillers, free-radical scavengers and other stabilizers can be added to the polymer blends (M).
  • additives are preferred.
  • the polymer blends (M) containing the prepolymers (A) may also contain even small amounts of an organic solvent. This solvent serves to lower the viscosity of the uncrosslinked polymer blends (M).
  • a solvent in principle, all solvents and solvent mixtures in
  • the polymer blends (M) can be used both in pure form as well as in the form of solutions or dispersions.
  • the polymer blends (M) are preferably used in the form of an aqueous solution.

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Abstract

The invention provides moisture-curable prepolymers (A) which have at least one structural element selected from the general formulae [1] to [3], -NR2-B-SiL4 [1], =NR-B-SiL4 [2], [3], N-B-SiL4 where L is a monodentate ligand which is selected from fluorine, alcohol, carboxylic acid and hydroxime radical, L2 is a bidentate ligand which is selected from diol, amino alcohol, hydroxycarboxylic acid, aminocarboxylic acid and dicarboxylic acid radical, with the proviso that the four ligands L are capable of stabilizing the pentacoordinated silicon atom and B, and R is as defined in claim 1, where the nitrogen atom in the general formula [2], as an endocyclic nitrogen atom, is part of an aliphatic heterocycle, and the nitrogen atom in the general formula [3], as an endocyclic nitrogen atom, is part of an aromatic heterocycle.

Description

λ^Si-Silicat-funktionelle Prepolymere λ ^ Si-silicate-functional prepolymers
Die Erfindung betrifft feuchtigkeitshärtbare λ^Si-Silicat- funktionelle Prepolymere, Verfahren zu deren Herstellung sowie Polymerabmischungen, die diese Prepolymere enthalten.The invention relates to moisture-curable λ ^ Si silicate-functional prepolymers, processes for their preparation and polymer blends containing these prepolymers.
Prepolymere, die über reaktive Alkoxysilylgruppen verfügen, sind seit langem bekannt und werden vielfach zur Herstellung von elastischen Dicht- und Klebstoffen im Industrie- und Baubereich verwendet. In Gegenwart von Luftfeuchtigkeit und geeigneten Katalysatoren sind diese Alkoxysilan-terminierten Prepolymere bereits bei Raumtemperatur in der Lage, unter Abspaltung der Alkoxygruppen und Ausbildung von Si-O-Si- Bindungen miteinander zu kondensieren. Somit lassen sich diese Prepolymere u.a. als einkomponentige an der Luft härtendePrepolymers which have reactive alkoxysilyl groups have long been known and are widely used for the production of elastic sealants and adhesives in the industrial and construction sectors. In the presence of atmospheric moisture and suitable catalysts, these alkoxysilane-terminated prepolymers are already at room temperature able to condense with elimination of the alkoxy groups and formation of Si-O-Si bonds with each other. Thus, these prepolymers can be u.a. as a one-component curing in the air
Systeme verwenden, welche den Vorteil einer leichten Handhabung besitzen .Use systems that have the advantage of easy handling.
Je nach Gehalt an Alkoxysilylgruppen und deren Aufbau bilden sich bei der Härtung dieses Polymertyps hauptsächlich langkettige Polymere (Thermoplaste) , relativ weitmaschige dreidimensionale Netzwerke (Elastomere) oder aber hochvernetzte Systeme (Duroplaste) .Depending on the content of alkoxysilyl groups and their structure are formed in the curing of this type of polymer mainly long-chain polymers (thermoplastics), relatively wide-meshed three-dimensional networks (elastomers) or highly crosslinked systems (thermosets).
Alkoxysilan-funktionelle Prepolymere können aus unterschiedlichen Bausteinen aufgebaut sein. Sie besitzen üblicherweise ein organisches Rückgrat, d.h. sie sind beispielsweise aus Polyurethanen, Polyethern, Polyestern, Polyacrylaten, Polyvinylestern, Ethylen-Olefin-Copolymeren, Styrol-Butadien-Copolymeren oder Polyolefinen aufgebaut, wie u.a. in US 6 207 766 B und US 3 971 751 A beschrieben. Daneben sind auch Prepolymere weit verbreitet, deren Rückgrat ganz oder zumindest zum Teil aus Organosiloxanen bestehen, beschrieben u.a. in US 5 254 657 A.Alkoxysilane-functional prepolymers can be composed of different building blocks. They usually have an organic backbone, ie they are composed, for example, of polyurethanes, polyethers, polyesters, polyacrylates, polyvinyl esters, ethylene-olefin copolymers, styrene-butadiene copolymers or polyolefins, as described, inter alia, in US Pat. Nos. 6,207,766 B and 3,971,751 A described. In addition, prepolymers are widely used, the backbone quite or at least in part consist of organosiloxanes, described inter alia in US 5,254,657 A.
Von zentraler Bedeutung bei der Prepolymerherstellung sind jedoch die monomeren Alkoxysilane, über die das Prepolymer mit den für die Feuchtigkeitshärtung erforderlichen Alkoxysilanfunktionen ausgestattet wird. Dabei können prinzipiell die unterschiedlichsten Silane und Kupplungsreaktionen zum Einsatz kommen, z.B. eine Addition von Si-H-funktionellen Alkoxysilanen an ungesättigte Prepolymere, eine Copolymerisation von ungesättigten Organosilanen mit anderen ungesättigten Monomeren oder eine Reaktion von Hydroxy- funktionellen Prepolymeren mit Isocyanat-funktionellen Alkoxysilanen, wie beispielsweise in US 5 068 304 A beschrieben.Of central importance in the preparation of prepolymer, however, are the monomeric alkoxysilanes through which the prepolymer is provided with the alkoxysilane functions required for moisture curing. In principle, a wide variety of silanes and coupling reactions can be used, e.g. an addition of Si-H-functional alkoxysilanes to unsaturated prepolymers, a copolymerization of unsaturated organosilanes with other unsaturated monomers or a reaction of hydroxy-functional prepolymers with isocyanate-functional alkoxysilanes, as described, for example, in US Pat. No. 5,068,304.
Nachteilig an den meisten bekannten und derzeit verwendeten Systemen ist jedoch deren nur mäßige Reaktivität gegenüber Feuchtigkeit, sowohl in Form von Luftfeuchtigkeit als auch in Form von - gegebenenfalls zugesetztem - Wasser. Um auch bei Raumtemperatur eine hinreichende Härtungsgeschwindigkeit zu erreichen, ist daher der Zusatz eines Katalysators unbedingt erforderlich. Das ist vor allem deshalb problematisch, da die in der Regel als Katalysatoren eingesetzten zinnorganischen Verbindungen toxikologisch bedenklich sind. Zudem enthalten die eingesetzten Zinnkatalysatoren oftmals auch noch Spuren hochtoxischer Tributylzinnderivate .A disadvantage of most known and currently used systems, however, is their only moderate reactivity to moisture, both in the form of atmospheric moisture and in the form of - optionally added - water. In order to achieve a sufficient curing rate even at room temperature, therefore, the addition of a catalyst is absolutely necessary. This is especially problematic because the organotin compounds usually used as catalysts are toxicologically questionable. In addition, the tin catalysts used often contain traces of highly toxic tributyltin derivatives.
Einen großen Vorteil können daher Alkoxysilan-terminierte Prepolymere darstellen, wie sie beispielsweise in DE 101 42 050 A und DE 10 2004 059 379 A beschrieben sind. Diese Prepolymere zeichnen sich dadurch aus, dass sie Alkoxysilylgruppen enthalten, die nur durch einen Methylenspacer von einem Stickstoffatom getrennt sind. Dadurch besitzen diese Prepolymere eine extrem hohe Reaktivität gegenüber (Luftfeuchtigkeit, so dass sie zu Prepolymerabmischungen verarbeitet werden können, die ohne metallhaltige Katalysatoren auskommen können, und dennoch bei Raumtemperatur mit z.T. extrem kurzen Klebfreizeiten bzw. mit sehr hoherAlkoxysilane-terminated prepolymers, as described, for example, in DE 101 42 050 A and DE 10 2004 059 379 A, can therefore represent a major advantage. These prepolymers are characterized in that they contain alkoxysilyl groups, the only by a methylene spacer of a Nitrogen atom are separated. As a result, these prepolymers have an extremely high reactivity towards (atmospheric moisture, so that they can be processed into prepolymer blends that can do without metal-containing catalysts, and still at room temperature with sometimes extremely short tack-free times or with very high
Geschwindigkeit aushärten. Da diese Prepolymere somit über eine Aminofunktion in CC-Position zur Silylgruppe verfügen, werden sie auch als α-Alkoxysilan-terminierte Prepolymere bezeichnet.Cure speed. Since these prepolymers thus have an amino function in the CC position to the silyl group, they are also referred to as α-alkoxysilane-terminated prepolymers.
Diese CC-Alkoxysilan-terminierten Prepolymere werden typischerweise durch eine Reaktion eines CC-Aminosilans, d.h. eines Aminomethyl-funktionellen Alkoxysilans, mit einem Isocyanat-funktionellen Prepolymer oder einer Isocyanat- funktionellen Vorstufe des Prepolymers hergestellt.These CC alkoxysilane terminated prepolymers are typically prepared by a reaction of a CC aminosilane, i. an aminomethyl-functional alkoxysilane prepared with an isocyanate-functional prepolymer or an isocyanate-functional precursor of the prepolymer.
Gängige Beispiele für CC-Aminosilane sind N-Cyclohexyl- aminomethyl-trimethoxysilan, N-Cyclohexylaminomethyl- methyldimethoxysilan, N-Ethylaminomethyl-trimethoxysilan, N- Ethylaminomethyl-methyldimethoxysilan, N-Butylaminomethyl- trimethoxysilan, N-Cyclohexylaminomethyl-triethoxysilan, N- Cyclohexylaminomethyl-methyldiethoxysilan, Piperazinomethyl- trimethoxysilan, Piperazinomethyl-methyldimethoxysilan und Piperazinomethyl-dimethylmethoxysilan sowie die entsprechenden Ethoxysilane .Common examples of CC aminosilanes are N-cyclohexylaminomethyltrimethoxysilane, N-cyclohexylaminomethylmethyldimethoxysilane, N-ethylaminomethyltrimethoxysilane, N-ethylaminomethylmethyldimethoxysilane, N-butylaminomethyltrimethoxysilane, N-cyclohexylaminomethyltriethoxysilane, N-cyclohexylaminomethylmethyldiethoxysilane , Piperazinomethyl- trimethoxysilane, piperazinomethyl-methyldimethoxysilane and piperazinomethyl-dimethylmethoxysilane and the corresponding ethoxysilanes.
Sämtlichen der in der Literatur beschriebenen feuchtigkeits- vernetzbaren Prepolymeren ist jedoch gemeinsam, dass sie in Gegenwart von Wasser nur bedingt lagerstabil sind und damit nur eine sehr geringe Topfzeit besitzen. So tritt bei Zutritt von (Luft-) Feuchtigkeit meistens spontan die zur Vernetzung des Polymers führende Hydrolyse und Kondensation der Alkoxysilylgruppen des Prepolymers ein. Diese spontane Hydrolyse und Kondensation der Alkoxysilylgruppen ist auch ohne Zusatz eines Katalysators in der Regel nicht zu vermeiden. Die Herstellung eines Prepolymers, das gegenüber Wasser stabil ist und bei Bedarf zur Feuchtigkeitsvernetzung aktiviert werden kann, ist bislang nicht gelungen. Dabei wäre ein solches - insbesondere wasserlösliches -However, all of the moisture-crosslinkable prepolymers described in the literature have in common that they have only limited storage stability in the presence of water and thus have only a very short pot life. Thus, upon entry of (air) moisture, the hydrolysis and condensation of the alkoxysilyl groups of the prepolymer leading to crosslinking of the polymer usually occurs spontaneously. This spontaneous hydrolysis and condensation of the alkoxysilyl groups is also without Addition of a catalyst usually unavoidable. The preparation of a prepolymer that is stable to water and can be activated if necessary for moisture crosslinking, has not been successful. It would be such - especially water-soluble -
Prepolymer, welches gegenüber (Luft-) Feuchtigkeit stabil ist und bei Bedarf durch Ausbildung von Siloxangruppen vernetzt werden kann, besonders wünschenswert, da derartige in wässriger Lösung vorliegende Polymere bei der Härtung - abgesehen von den durch Hydrolyse und Kondensation freigesetzten Alkoholen der Alkoxysilylgruppe - kein organisches Lösungsmittel freisetzen würden und zudem in Wasser eine sehr hohe Topfzeit besäßen.Prepolymer, which is stable to (air) moisture and can be crosslinked if necessary by forming siloxane, particularly desirable because such polymers present in aqueous solution in the hardening - apart from the liberated by hydrolysis and condensation of the alkoxysilyl group - no organic Solvent would release and also possessed in water a very long pot life.
In den letzten Jahren wurden zahlreiche zwitterionische λ^Si- Silicate in der Literatur beschrieben (u.a. Tacke, R.;In recent years, numerous zwitterionic λ, Si silicates have been described in the literature (inter alia, Tacke, R .;
Bertermann, R.; Burschka, C; Dragota, S.; Penka, M.; Richter, I. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14493-14505). Diese Verbindungen besitzen ein pentakoordiniertes, formal negativ geladenes Siliciumatom und ein tetrakoordiniertes, formal positiv geladenes Stickstoffatom. Beim Auflösen der meisten dieser zwitterionischen λ^Si-Silicate in Wasser erfolgt spontane Hydrolyse und Kondensation mit Gel-Bildung. Kürzlich wurde über ein neuartiges zwitterionischen λ^Si-Silicat berichtet, das zwei zweizähnige an Silicium gebundene meso- Oxolan-3, 4-diolato (2-) -Liganden besitzt (Tacke, R.; Bertermann, R.; Burschka, C; Dragota, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 5292-5295) . Diese Verbindung besitzt eine deutlich größere Stabilität in Wasser ohne spontane Gel-Bildung.Bertermann, R .; Burschka, C; Dragota, S .; Penka, M .; Richter, I.J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14493-14505). These compounds possess a pentacoordinated, formally negatively charged silicon atom and a tetracoordinated, formally positively charged nitrogen atom. Upon dissolution of most of these zwitterionic λ ^ Si silicates in water, spontaneous hydrolysis and condensation occurs with gel formation. Recently, a novel zwitterionic λ, Si silicate has been reported to possess two bidentate silicon-bonded meso-oxolane-3,4-diolato (2-) ligands (Tacke, R., Bertermann, R., Burschka, C .; Dragota, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 5292-5295). This compound has a much greater stability in water without spontaneous gel formation.
Es bestand die Aufgabe, ein feuchtigkeitshärtbaresIt was the task of a moisture-curable
Prepolymersystem zu entwickeln, das in Gegenwart von Wasser bzw. in wässriger Lösung stabil ist und bei Bedarf durch Ausbildung eines Siloxannetzwerks gehärtet werden kann. Gegenstand der Erfindung sind feuchtigkeitshärtbare Prepolymere (A) , die über mindestens ein Strukturelement, ausgewählt aus den allgemeinen Formeln [1] bis [3],To develop prepolymer system which is stable in the presence of water or in aqueous solution and can be cured if necessary by forming a siloxane network. The invention relates to moisture-curable prepolymers (A) which have at least one structural element selected from the general formulas [1] to [3],
-NR2-B-SiL4 [1],-NR 2 -B-SiL 4 [1],
=NR-B-SiL4 [2],= NR-B-SiL 4 [2],
≡N-B-SiL4 [3]'-NB-SiL 4 [3] '
verfügen, wobeidispose, whereby
L einen einzähnigen Liganden, der ausgewählt wird aus einemL is a monodentate ligand selected from a
Fluor-, Alkohol-, Carbonsäure- und Hydroximrest, L2 einen zweizähnigen Liganden, der ausgewählt wird aus einem Diol-, Aminoalkohol-, Hydroxycarbonsäure-, Aminocarbonsäure- und Dicarbonsäurerest, mit der Massgabe, dass die vier Liganden L in der Lage sind, das pentakoordinierte Siliciumatom zu stabilisieren,L 2 is a bidentate ligand selected from a diol, aminoalcohol, hydroxycarboxylic acid, aminocarboxylic acid and dicarboxylic acid radical, with the proviso that the four ligands L are capable of to stabilize the pentacoordinated silicon atom,
B ein Strukturelement (CR-L2) m oder einen durch Heteroatome unterbrochenen gegebenenfalls substituierten Alkylen-,B is a structural element (CR-L 2 ) m or an optionally substituted alkylene interrupted by heteroatoms,
Arylen- oder Heteroarylenrest,Arylene or heteroarylene radical,
R Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoffrest undR is hydrogen or an optionally substituted hydrocarbon radical and
R! Wasserstoff, Halogene oder einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoffrest bedeuten und m die Werte 1, 2, 3, 4 oder 5 annehmen kann, wobei das Stickstoffatom in der allgemeinen Formel [2] als endocyclisches Stickstoffatom Teil eines aliphatischen Heterozyklus ist, und das Stickstoffatom in der allgemeinen Formel [3] als endocyclisches Stickstoffatom Teil eines aromatischen Heterozyklus ist. Die Strukturelemente der allgemeinen Formeln [1] bis [3] sind dadurch gekennzeichnet, dass das Stickstoffatom eine positive Formalladung, und das Siliciumatom des Silylfragments SiL4 eine negative Formalladung trägt. Die Liganden L4 sind über die Atome F, O oder N an das Siliciumatom gebunden. Zweizähnige Liganden L2 zählen in den allgemeinen Formeln [1] bis [3] doppelt, beispielsweise werden für L4 zwei zweizähnige Liganden L2 benötigt.R! Mean hydrogen, halogens or an optionally substituted hydrocarbon radical and m can assume the values 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the nitrogen atom in the general formula [2] as endocyclic nitrogen atom is part of an aliphatic heterocycle, and the nitrogen atom in the general Formula [3] as an endocyclic nitrogen atom is part of an aromatic heterocycle. The structural elements of the general formulas [1] to [3] are characterized in that the nitrogen atom carries a positive formal charge, and the silicon atom of the silyl fragment SiL4 carries a negative formal charge. The ligands L4 are bound to the silicon atom via the atoms F, O or N. Bidentate ligands L2 are doubled in the general formulas [1] to [3], for example, two bidentate ligands L2 are required for L4.
Die Prepolymere (A) sind in Gegenwart von Wasser bzw. in wässriger Lösung bzw. Suspension in einem von der Art des jeweiligen Strukturelements der allgemeinen Formeln [1] bis [3] abhängigen pH-Wertbereich stabil und können bei Bedarf, insbesondere durch Änderung des pH-Wertes, nach erfolgter Hydrolyse durch Kondensation der Silanolgruppen gehärtet werden .The prepolymers (A) are stable in the presence of water or in aqueous solution or suspension in a pH range which depends on the nature of the particular structural element of the general formulas [1] to [3] and can be modified if necessary, in particular by changing the pH pH, after hydrolysis by condensation of the silanol groups are cured.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält L4 einen oder zwei zweizähnige Liganden L2. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung steht L4 für zwei identische zweizähnige Liganden L2, die sich von Alkan-1,2- diolen, α-Hydroxycarbonsäuren, Dicarbonsäuren oder Alkylhydroxamsäuren ableiten.In a preferred embodiment of the invention, L4 contains one or two bidentate ligands L2. In a particularly preferred embodiment of the invention, L4 stands for two identical bidentate ligands L2, which are derived from alkane-1,2-diols, α-hydroxycarboxylic acids, dicarboxylic acids or alkylhydroxamic acids.
Der Rest B ist vorzugsweise ein C]_-, C2~, C3- oder C4~Spacer oder ein Phenylenrest . Besonders bevorzugt stellt B einen C]_-The radical B is preferably a C] _, C2 ~, C3 or C4 ~ spacer or a phenylene radical. B particularly preferably represents a C] _-
Spacer dar. Die Reste R und R^- sind vorzugsweise Wasserstoff, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 10, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatomen . Besonders bevorzugt sind die Reste Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, Cyclohexyl und Phenyl . m nimmt bevorzugt die Werte 1, 2, 3 oder 4, besonders bevorzugt den Wert 1 an. Bei den aliphatischen Heterozyklen, die Teil des Strukturelements der allgemeinen Formel [2] sind, handelt es sich bevorzugt um gegebenenfalls substituiertes Aziridin, Morpholin, Pyrrolidin, Piperazin und Piperidin. Bei den aromatischen Heterozyklen, die Teil des Strukturelements der allgemeinen Formel [3] sind, handelt es sich bevorzugt um gegebenenfalls substituiertes Pyridin, Pyrrol, Imidazol, Benzimidazol, Indol, Chinolin, Benzoxazol, Benzthiazol, Pyrazol oder Triazol. Falls die aliphatischen Heterozyklen, die Teil des Strukturelements der allgemeinen Formel [2] sind, oder die aromatischen Heterozyklen, die Teil des Strukturelements der allgemeinen Formel [3] sind, Substituenten tragen, sind dies bevorzugt Fluor-, Chlor- oder C]_- bis Cg-Alkylreste .Spacer. The radicals R and R ^ - are preferably hydrogen, aliphatic or aromatic hydrocarbon radicals having 1 to 10, in particular 1 to 6 carbon atoms. The radicals hydrogen, methyl, ethyl, n-propyl, cyclohexyl and phenyl are particularly preferred. m preferably assumes the values 1, 2, 3 or 4, particularly preferably the value 1. The aliphatic heterocycles which are part of the structural element of the general formula [2] are preferably optionally substituted aziridine, morpholine, pyrrolidine, piperazine and piperidine. The aromatic heterocycles which are part of the structural element of general formula [3] are preferably optionally substituted pyridine, pyrrole, imidazole, benzimidazole, indole, quinoline, benzoxazole, benzothiazole, pyrazole or triazole. If the aliphatic heterocycles which are part of the structural element of the general formula [2] or the aromatic heterocycles which are part of the structural element of the general formula [3] bear substituents, these are preferably fluorine, chlorine or C 1 - to Cg-alkyl radicals.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Prepolymeren (A) nach einem Verfahren, bei dem funktionelle Prepolymere (Al) mit einer gegenüber F reaktiven Gruppe in einer ersten Stufe mit Silanen (Sl) der allgemeinen Formel [4],Another object of the invention is the preparation of prepolymers (A) by a process in which functional prepolymers (Al) having a group reactive toward F in a first stage with silanes (Sl) of the general formula [4],
F-B-SiX3 [4],FB-SiX 3 [4],
zu Prepolymeren (A2) umgesetzt und diese im Anschluss durch Reaktion mit Verbindungen (V) , die ausgewählt werden aus Alkoholen, Carbonsäuren, Diolen, Aminoalkoholen, Dicarbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren, Aminocarbonsäuren,converted into prepolymers (A2) and these are subsequently reacted by reaction with compounds (V) selected from among alcohols, carboxylic acids, diols, aminoalcohols, dicarboxylic acids, hydroxycarboxylic acids, aminocarboxylic acids,
Hydroximen, in die Prepolymere (A) überführt werden, wobei F eine gegenüber den funktionellen Prepolymeren (Al) reaktive Gruppe,Hydroximes into which prepolymers (A) are converted, F being a group which is reactive with respect to the functional prepolymers (Al),
X einen monovalenten, gegebenenfalls substituierten Alkoxyrest, Aryloxyrest, Acyloxyrest mit jeweils 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder ein Halogen bedeuten und B die bei den allgemeinen Formeln [1] bis [3] angegebenen Bedeutungen aufweisen.X is a monovalent, optionally substituted alkoxy radical, aryloxy radical, acyloxy radical each having 1 to 10, preferably 1 to 6, carbon atoms or a halogen and B have the meanings given in the general formulas [1] to [3].
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Prepolymeren (A) nach einem Verfahren, bei dem funktionelle Prepolymere (Al) mit einer gegenüber F reaktiven Gruppe mit λ^Si-Silicaten (S2) der allgemeinen Formel [5],Another object of the invention is the preparation of prepolymers (A) by a process in which functional prepolymers (Al) with an opposite F-reactive group with λ ^ Si silicates (S2) of the general formula [5],
F-B-SiL4 [5],FB-SiL 4 [5],
umgesetzt werden, wobeibe implemented, where
B, F und L die bei den allgemeinen Formeln [I]- [4] angegebenenB, F and L are those given in the general formulas [I] - [4]
Bedeutungen aufweisen, mit der Maßgabe, dass in den X^Si- Silicaten (S2) das Strukturelement F-B in kationischer Form vorliegt und die nach diesem Verfahren hergestelltenHave meanings, with the proviso that in the X ^ Si silicates (S2) the structural element F-B is present in cationic form and prepared by this method
Prepolymere (A) mindestens ein Strukturelement der allgemeinen Formel [1] bis [3] aufweisen.Prepolymers (A) have at least one structural element of the general formula [1] to [3].
Alternativ können Prepolymere (A) auch dadurch erhalten werden, dass die Silane (Sl) der allgemeinen Formel [4] bzw. X^Si- Silicate (S2) der allgemeinen Formel [5] durch anionische, kationische oder radikalische Polymerisation mit einem polymerisierbaren Monomer (M) umgesetzt werden, mit der Maßgabe, dass im Falle des Einsatzes von Silanen (Sl) die entstehenden Prepolymere (A2) anschließend mit Verbindungen (V) zu Prepolymeren (A) umgesetzt werden. Auch diese Verfahren sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung.Alternatively, prepolymers (A) can also be obtained by the silanes (Sl) of the general formula [4] or X, Si silicates (S2) of the general formula [5] by anionic, cationic or free-radical polymerization with a polymerizable monomer (M) are reacted, with the proviso that in the case of the use of silanes (Sl), the resulting prepolymers (A2) are then reacted with compounds (V) to give prepolymers (A). These methods are also the subject of the present invention.
Verfahren zur Herstellung der Copolymerisate (A) bzw. der Polymere (A2) sowie eine Auflistung der geeigneten polymerisierbaren Monomere (M) und Silane (Sl) findet sich beispielsweise in US 5 827 922 A und EP 0 853 645 A. Die Herstellung der zur Polymerisation eingesetzten λ^Si-Silicate (S2) ist im folgenden Text beschrieben.A process for the preparation of the copolymers (A) or the polymers (A2) and a list of the suitable polymerizable monomers (M) and silanes (S1) can be found, for example, in US Pat. Nos. 5,827,922 A and EP 0 853 645 A. Preparation of the used for the polymerization λ ^ Si silicates (S2) is described in the following text.
X ist bevorzugt ein Halogen, ein Methoxy-, Ethoxy- oder Acetoxyrest ; besonders bevorzugt ist X ein Chloratom oder ein Methoxyrest. Vorzugsweise enthält die reaktive Gruppe F eine Amino-, Methacrylato-, Acrylato-, Epoxy-, Isocyanato-, Vinyl-, Carbinol-, Carboxyl- oder Thiolgruppe.X is preferably a halogen, a methoxy, ethoxy or acetoxy radical; X is particularly preferably a chlorine atom or a methoxy radical. Preferably, the reactive group F contains an amino, methacrylato, acrylato, epoxy, isocyanato, vinyl, carbinol, carboxyl or thiol group.
Als Silane (Sl) der allgemeinen Formel [4] kommen vorzugsweise Chlor- und Alkoxy-funktionelle Silane zum Einsatz, die als funktionelle Gruppen F Isocyanato- und Aminogruppen tragen. Beispiele für derartige Silane sind Isocyanatopropyl- trimethoxysilan, Isocyanatopropyl-methyldimethoxysilan, Isocyanatopropyl-phenyldimethoxysilan, Isocyanatomethyl- trimethoxysilan, Isocyanatomethyl-methyldimethoxysilan, Isocyanatomethyl-phenyldimethoxysilan, Aminopropyl- trimethoxysilan, Aminopropyl-methyldimethoxysilan, Aminopropyl- phenyldimethoxysilan, Aminomethyl-trimethoxysilan, Aminomethyl- methyldimethoxysilan, Aminomethyl-phenyldimethoxysilan,As silanes (Sl) of the general formula [4], preference is given to using chlorine- and alkoxy-functional silanes which carry isocyanato and amino groups as functional groups F. Examples of such silanes are isocyanatopropyltrimethoxysilane, isocyanatopropylmethyldimethoxysilane, isocyanatopropylphenyldimethoxysilane, isocyanatomethyltrimethoxysilane, isocyanatomethylmethyldimethoxysilane, isocyanatomethylphenyldimethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, aminopropylmethyldimethoxysilane, aminopropylphenyldimethoxysilane, aminomethyltrimethoxysilane, aminomethylmethyldimethoxysilane, aminomethyl -phenyldimethoxysilan,
Cyclohexylaminomethyl-trimethoxysilan, Cyclohexylaminomethyl- methyldimethoxysilan, Cyclohexylaminomethyl- phenyldimethoxysilan, Anilinomethyl-trimethoxysilan, Anilinomethyl-methyldimethoxysilan, Anilinomethyl- phenyldimethoxysilan, Piperazinopropyl-trimethoxysilan (FormelCyclohexylaminomethyltrimethoxysilane, cyclohexylaminomethylmethyldimethoxysilane, cyclohexylaminomethylphenyldimethoxysilane, anilinomethyltrimethoxysilane, anilinomethylmethyldimethoxysilane, anilinomethylphenyldimethoxysilane, piperazinopropyltrimethoxysilane (Formula
[6]), Piperazinopropyl-methyldimethoxysilan, Piperazinopropyl- phenyldimethoxysilan, Piperazinomethyl-trimethoxysilan (Formel[6]), piperazinopropyl-methyldimethoxysilane, piperazinopropyl-phenyldimethoxysilane, piperazinomethyl-trimethoxysilane (Formula
[7]), Piperazinomethyl-methyldimethoxysilan, Piperazinomethyl- phenyldimethoxysilan sowie die entsprechenden Chlor- und Ethoxysilane . OMe
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[7]), piperazinomethyl-methyldimethoxysilane, piperazinomethylphenyldimethoxysilane and the corresponding chloro- and ethoxysilanes. OMe
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Als λ^Si-Silicate (S2) der allgemeinen Formel [5] kommen vorzugsweise λ^Si-Silicate zum Einsatz, die als funktionelle Gruppen F Isocyanato- oder Aminogruppen tragen. Ein besonders bevorzugtes Beispiel für derartige λ^Si-Silicate ist die Verbindung [ 8 ] .As λ ^ Si-silicates (S2) of the general formula [5] preferably λ ^ Si silicates are used, which carry as functional groups F isocyanato or amino groups. A particularly preferred example of such λ ^ Si silicates is the compound [8].
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Figure imgf000011_0003
Die Herstellung der λ^Si-Silicate (S2) der allgemeinen Formel [5] erfolgt ausgehend von den Silanen (Sl) der allgemeinen Formel [4] durch Umsetzung mit geeigneten Verbindungen (V), die ein pentakoordiniertes (formal negativ geladenes) Siliciumatom in der allgemeinen Formel [5] stabilisieren und damit zur Ausbildung der zwitterionischen Strukturelemente der allgemeinen Formel [5] befähigt sind.The preparation of the λ ^ Si silicates (S2) of the general formula [5] is carried out starting from the silanes (Sl) of the general formula [4] by reaction with suitable compounds (V), which is a pentacoordinated (formally negatively charged) silicon atom in stabilize the general formula [5] and thus to Formation of zwitterionic structural elements of the general formula [5] are capable of.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommen als Verbindungen (V) solche Verbindungen zum Einsatz, dieIn a preferred embodiment of the invention, the compounds (V) used are those compounds which
Strukturelemente mit vicinal angeordneten Hydroxygruppen enthalten, die nach Deprotonierung als Chelat-Liganden an das Siliciumatom binden können. Beispiele für derartige Verbindungen sind monomere, oligomere oder polymere Zucker sowohl in acyclischer als auch in cyclischer Form, wie beispielsweise Glycerinaldehyd, Erythrose, Threose, Arabinose, Ribose, Ribulose, Glucose, Fructose, Galactose, Saccharose, Maltose, Cellulose, Stärke und Cyclodextrine sowie deren reduzierte sowie oxidierte Formen, Ascorbinsäure, Ethylenglykol, Propylenglykol, 2-Hydroxyessigsäure, Oxalsäure, Milchsäure, Weinsäure, Mandelsäure, Citronensäure, Glycerin, 3, 4-Dihydroxyprolin, Tetrahydro-3, 4-furandiol, 1,2- Cyclohexandiol, Dioxolan-3, 4-diol und Catechol. Besonders bevorzugte Verbindungen (V) sind Tetrahydro-3, 4-furandiol, Dioxolan-3, 4-diol, Fructose, Sorbit, Citronensäure, Weinsäure und 3, 4-Dihydroxyprolin .Contain structural elements with vicinally arranged hydroxy groups, which can bind to the silicon atom after deprotonation as chelate ligands. Examples of such compounds are monomeric, oligomeric or polymeric sugars in both acyclic and cyclic forms such as glyceraldehyde, erythrose, threose, arabinose, ribose, ribulose, glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, cellulose, starch and cyclodextrins, and the like their reduced and oxidized forms, ascorbic acid, ethylene glycol, propylene glycol, 2-hydroxyacetic acid, oxalic acid, lactic acid, tartaric acid, mandelic acid, citric acid, glycerol, 3,4-dihydroxyproline, tetrahydro-3,4-furanediol, 1,2-cyclohexanediol, dioxolane 3, 4-diol and catechol. Particularly preferred compounds (V) are tetrahydro-3,4-furanediol, dioxolan-3, 4-diol, fructose, sorbitol, citric acid, tartaric acid and 3,4-dihydroxyproline.
Durch Umsetzung der Silane (Sl) mit den Verbindungen (V) werden unter Abspaltung der Gruppen X der Silylgruppen SiXß der allgemeinen Formel [4] die zwitterionischen λ^Si-Silicate (S2) der allgemeinen Formel [5] gebildet. Diese Reaktion kann sowohl mit als auch ohne Katalysator erfolgen, bevorzugt wird die Reaktion aber ohne Katalysator durchgeführt. Die Herstellung der Silane (S2) kann dabei sowohl in einem organischen oder wässrigen Lösungsmittel oder auch in Substanz erfolgen.By reacting the silanes (Sl) with the compounds (V), the zwitterionic .lambda.-Si silicates (S2) of the general formula [5] are formed by cleavage of the groups X of the silyl groups SiX.sub.s of the general formula [4]. This reaction can be carried out either with or without catalyst, but the reaction is preferably carried out without catalyst. The silanes (S2) can be prepared both in an organic or aqueous solvent or in substance.
Typische Synthesen der zwitterionischen λ^Si-Silicate der allgemeinen Formel [5] sind in der Literatur (z.B.: Tacke, R.; Pülm, M.; Wagner, B. Ädv. Organomet . Chem. 1999, 44, 221-273) beschrieben. Bei einer bevorzugten Variante der Silanherstellung wird die Verbindung (V) im Überschuss eingesetzt .Typical syntheses of the zwitterionic λ 1 -Si-silicates of the general formula [5] are described in the literature (eg: Tacke, R .; Pülm, M .; Wagner, B. Ädv. Organomet. Chem. 1999, 44, 221-273) described. In a preferred variant of silane preparation, compound (V) is used in excess.
Bei den funktionellen Polymeren (Al) handelt es sich umThe functional polymers (Al) are
Polymere, die gegenüber den Gruppen F der Silane (Sl) und λ^Si- Silicate (S2) reaktiv sind und allgemein aus einem Polymerrückgrat (R) und den gegenüber den Silanen (Sl) und λ^Si-Silicaten (S2) reaktiven Gruppen (D) aufgebaut sind. Beispiele für geeignete Polymere (R) sind Polyorganosiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyester, Epoxidharze, Polyacrylate, Polyvinylalkohole, Polyvinylacetate, Polyvinylbutyrale, Polyvinylester, Ethylen-Olefin-Copolymere, Styrol-Butadien- Copolymere und Polyolefine. Beispiele für die reaktiven Gruppen (D) sind Vinyl-, Hydroxy-, Amino-, Epoxy-, Methacrylato-,Polymers which are reactive towards the groups F of the silanes (SI) and λSi-silicates (S2) and generally from a polymer backbone (R) and the groups which are reactive towards the silanes (SI) and λSi-silicates (S2) (D) are constructed. Examples of suitable polymers (R) are polyorganosiloxanes, polyurethanes, polyethers, polyesters, epoxy resins, polyacrylates, polyvinyl alcohols, polyvinyl acetates, polyvinyl butyrals, polyvinyl esters, ethylene-olefin copolymers, styrene-butadiene copolymers and polyolefins. Examples of the reactive groups (D) are vinyl, hydroxy, amino, epoxy, methacrylato,
Acrylato-, Carboxyl-, Isocyanato- und Mercapto-Gruppen sowie Si-H-funktionelle Gruppen. Dabei können die funktionellen Gruppen (D) in linearen Polymeren (Al) terminal, lateral oder terminal und lateral angebunden sein. Im Falle von verzweigten Polymeren ist die Position der funktionellen Gruppen (D) beliebig. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der funktionellen Gruppen (D) im Prepolymer (Al) ≥ 1.Acrylato, carboxyl, isocyanato and mercapto groups and Si-H-functional groups. The functional groups (D) in linear polymers (Al) may be terminal, lateral or terminal and laterally attached. In the case of branched polymers, the position of the functional groups (D) is arbitrary. The number of functional groups (D) in the prepolymer (Al) is preferably ≥ 1.
Zur Herstellung der Prepolymere (A) werden die reaktiven Silane (Sl) oder λ5Si-Silicate (S2) über ihre funktionelle Gruppe F - bevorzugt kovalent - an die funktionelle Gruppe (D) des Prepolymers (Al) gebunden.For the preparation of the prepolymers (A), the reactive silanes (Sl) or λ 5 Si-silicates (S2) through its functional group F - preferably covalently - to the functional group (D) of the prepolymer (Al) bound.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Synthese der Prepolymere (A) durch Umsetzung eines Vinyl- funktionellen Silans (Sl) oder λ^Si-Silicats (S2) mit einem Si- H-funktionellen Organopolysiloxan, durch Umsetzung eines Amino- funktionellen Silans (Sl) bzw. λ^Si-Silicats (S2) mit einem Epoxy-, Methacrylato- oder Acrylato-funktionellen Polymer, durch Umsetzung eines Isocyanat-funktionellen Silans (Sl) oder λ^Si-Silicats (S2) mit einem Hydroxy-funktionellen Polymer oder durch Umsetzung eines Amino-funktionellen Silans (Sl) oder λ^Si-Silicats (S2) mit einem Isocyanat-funktionellen Polymer, wie beispielsweise in DE 101 39 132 A beschrieben. Besonders bevorzugt ist eine Synthese der Prepolymere (A) durchIn a preferred embodiment of the invention, the synthesis of the prepolymers (A) by reaction of a vinyl-functional silane (Sl) or λ ^ Si silicate (S2) with a Si-H-functional organopolysiloxane, by reacting an amino-functional silane ( Sl) or λ ^ Si silicate (S2) with a Epoxy, methacrylato or acrylato-functional polymer, by reacting an isocyanate-functional silane (Sl) or λ ^ Si-silicate (S2) with a hydroxy-functional polymer or by reacting an amino-functional silane (Sl) or λ ^ Si silicate (S2) with an isocyanate-functional polymer, as described for example in DE 101 39 132 A. Particularly preferred is a synthesis of the prepolymers (A) by
Umsetzung eines Amino-funktionellen Silans (Sl) oder λ^Si- Silicats (S2) mit einem Epoxy-, Methacrylato-, Acrylato- oder Isocyanato-funktionellen Polyethylenglykol . In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als Polymere (A2) die in DE 101 39 132 A beschriebenen Alkoxysilan- terminierten Prepolymere eingesetzt, die sich dadurch auszeichnen, dass sie Alkoxysilylgruppen enthalten, die nur durch einen Methylenspacer von einem Stickstoffatom getrennt sind.Reaction of an amino-functional silane (S1) or λ1-5 silicate (S2) with an epoxy, methacrylate, acrylato or isocyanato-functional polyethylene glycol. In a particularly preferred embodiment of the invention, the polymers (A2) used are the alkoxysilane-terminated prepolymers described in DE 101 39 132 A, which are distinguished by containing alkoxysilyl groups which are only separated from a nitrogen atom by a methylene spacer.
Im Falle der Verwendung der λ^Si-Silicate (S2) wird durch die Umsetzung mit dem Prepolymer (Al) das erfindungsgemäße Prepolymer (A) erhalten.In the case of using the λ ^ Si silicates (S2), the prepolymer (A) according to the invention is obtained by the reaction with the prepolymer (Al).
Im Falle der Verwendung der Silane (Sl) erhält man durch Umsetzung mit dem Prepolymer (Al) ein Silan-funktionelles Prepolymer (A2), welches in einer Folgereaktion mit Verbindungen (V) zum Prepolymer (A) umgesetzt wird.In the case of using the silanes (SI), a reaction with the prepolymer (Al) gives a silane-functional prepolymer (A2) which is reacted in a subsequent reaction with compounds (V) to give the prepolymer (A).
Bevorzugt werden bei der Synthese der Prepolymere (A) aus den λ^Si-Silicaten (S2) bzw. der Herstellung der Polymere (A2) aus den Silanen (Sl) die Mengenverhältnisse der Komponenten (Al) und (S2) bzw. (Al) und (Sl) so gewählt, dass das Verhältnis zwischen der Anzahl der funktionellen Gruppen F des Silans (Sl) bzw. des λ^Si-Silicats (S2) und den funktionellen Gruppen (D) des Polymers (Al) 0,6 bis 1,4 beträgt. Besonders bevorzugt werden die funktionellen Gruppen F und (D) in einem Verhältnis von 1:1 eingesetzt. D.h. die Polymere (A) bzw. (A2) sind somit bevorzugt nach der Umsetzung mit der Silanen (Sl) bzw. λ^Si- Silicaten (S2) frei von funktionellen Gruppen (D). In der sich anschließenden Umsetzung des Polymers (A2) zum Prepolymer (A) wird die Verbindung (V) bezüglich der für die Herstellung der Strukturelemente der allgemeinen Formeln [1] bis [3] in einem stöchiometrischen Verhältnis oder einem Überschuss eingesetzt. Bevorzugt wird die Verbindung (V) in einem Überschuss eingesetzt. Ebenso wird das auf dem Wege der Copolymerisation von SilanenPreference is given in the synthesis of the prepolymers (A) from the λ ^ Si silicates (S2) or the preparation of the polymers (A2) from the silanes (S1), the proportions of the components (Al) and (S2) or (Al ) and (Sl) are chosen so that the ratio between the number of functional groups F of the silane (Sl) or the λ ^ Si silicate (S2) and the functional groups (D) of the polymer (Al) from 0.6 to 1.4. Particularly preferred are the functional groups F and (D) in a ratio used by 1: 1. That is to say that the polymers (A) and (A2) are preferably free of functional groups (D) after the reaction with the silanes (S1) or λ1-5 silicates (S2). In the subsequent reaction of the polymer (A2) to the prepolymer (A), the compound (V) is used in a stoichiometric ratio or an excess relative to that used for the preparation of the structural elements of the general formulas [1] to [3]. Preferably, the compound (V) is used in an excess. This is also the case by the copolymerization of silanes
(51) mit geeigneten Monomeren (M) erhaltene Polymer (A2) bezüglich der für die Herstellung der Strukturelemente der allgemeinen Formeln [1] bis [3] in einem stöchiometrischen Verhältnis oder einem Überschuss an Verbindung (V) umgesetzt. Bevorzugt wird die Verbindung (V) in einem Überschuss eingesetzt .(51) polymer (A2) obtained with suitable monomers (M) with respect to that for the preparation of the structural elements of the general formulas [1] to [3] in a stoichiometric ratio or an excess of compound (V). Preferably, the compound (V) is used in an excess.
Wird das Prepolymer (A) durch Umsetzung des Polymers (Al) mit dem λ^Si-Silicat (S2) oder durch Copolymerisation des λ^Si- Silicats (S2) mit geeigneten Monomeren erzeugt, kann imIf the prepolymer (A) by reaction of the polymer (Al) with the λ ^ Si silicate (S2) or by copolymerization of the λ ^ Si silicate (S2) produced with suitable monomers, can in
Anschluss an die Synthese dem Prepolymer (A) - bezogen auf dieFollowing the synthesis of the prepolymer (A) - based on the
Menge an eingesetztem λ5Si-Silicat (S2) - < 10 Gew.-%, bevorzugt ≤ 5 Gew.-% der Verbindung (V) zugesetzt werden.Amount of used λ 5 Si-silicate (S2) - <10 wt .-%, preferably ≤ 5 wt .-% of the compound (V) can be added.
Als Verbindungen (V) können die zur Synthese der λ^Si-SilicateAs compounds (V), those for the synthesis of the λ ^ Si silicates
(52) eingesetzten Verbindungen verwendet werden.(52) compounds used.
Durch Umsetzung des Prepolymers (A2) mit den Verbindungen (V) werden die Gruppen SiXß des Silans der allgemeinen Formel [4] unter Substitution der Reste X in die zwitterionischenBy reacting the prepolymer (A2) with the compounds (V), the groups SiXβ of the silane of the general formula [4] with substitution of the radicals X in the zwitterionic
Strukturelemente der allgemeinen Formel [1] bis [3] überführt. Diese Substitution kann im Falle eines Chlorsilylrests (X = Cl) unter Spaltung einer Si-Halogen-, im Falle eines Alkoxysilylrests (X = O-Alkyl) unter Spaltung einer Si-O- und im Falle eines Alkyl- oder Arylsilylrestes (X = Alkyl oder Aryl) durch Spaltung einer Si-C-Bindung erfolgen. Als Abspaltungsprodukte werden bei dieser Substitution jeweils die entsprechenden protonierten Komponenten freigesetzt. Dabei können die Abspaltungsprodukte in der Mischung verbleiben oder aber beispielsweise durch Erwärmen oder unter vermindertem Druck entfernt werden.Structural elements of the general formula [1] to [3] transferred. In the case of a chlorosilyl radical (X = Cl), this substitution can be carried out with cleavage of a Si-halogen, in the case of a Alkoxysilyl (X = O-alkyl) with cleavage of a Si-O- and in the case of an alkyl or Arylsilylrestes (X = alkyl or aryl) by cleavage of a Si-C bond done. As cleavage products, in each case the corresponding protonated components are liberated during this substitution. In this case, the cleavage products can remain in the mixture or, for example, be removed by heating or under reduced pressure.
Die Herstellung der Prepolymere (A) durch Umsetzung der funktionellen Polymere (Al) mit den Silanen (Sl) bzw. den λ^Si- Silicaten (S2) sowie die im Falle der Verwendung von Silanen (Sl) sich anschließende Umsetzung mit den Verbindungen (V) kann in Abwesenheit eines Lösungsmittels erfolgen. Alternativ kann die Synthese in einem organischen Lösungsmittel oder in Wasser erfolgen. Selbstverständlich kann die Synthese der Prepolymere (A) auch in einem Gemisch verschiedener Lösungsmittel durchgeführt werden. Wird die Synthese in einem Lösungsmittel durchgeführt, so kann dieses nach erfolgter Herstellung des Prepolymers (A) destillativ entfernt werden; alternativ kann das Lösungsmittel im Prepolymer (A) verbleiben. Die Synthese der Prepolymers (A) wird bevorzugt bei einer Temperatur von 00C bis 1200C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 200C bis 100°C durchgeführt.The preparation of the prepolymers (A) by reacting the functional polymers (Al) with the silanes (Sl) or the λ ^ Si silicates (S2) and in the case of the use of silanes (Sl) subsequent reaction with the compounds ( V) can be carried out in the absence of a solvent. Alternatively, the synthesis can be carried out in an organic solvent or in water. Of course, the synthesis of the prepolymers (A) can also be carried out in a mixture of different solvents. If the synthesis is carried out in a solvent, this can be removed by distillation after preparation of the prepolymer (A); Alternatively, the solvent may remain in the prepolymer (A). The synthesis of the prepolymer (A) is preferably carried out at a temperature of 0 0 C to 120 0 C, more preferably at a temperature of 20 0 C to 100 ° C.
Die Herstellung der Prepolymere (A) kann als Eintopfreaktion durch ein einfaches Zusammengeben der beschriebenen Komponenten erfolgen, wobei gegebenenfalls noch ein Katalysator zugegeben und/oder bei erhöhter Temperatur gearbeitet werden kann. Wegen der z.T. relativ hohen Exothermie dieser Reaktionen kann es dabei vorteilhaft sein, die einzelnen Komponenten sukzessive zuzugeben, um die freiwerdende Wärmemenge besser kontrollieren zu können. Eine gesonderte Reinigung oder sonstige Aufarbeitung des Prepolymers (A) ist in der Regel nicht erforderlich.The preparation of the prepolymers (A) can be carried out as a one-pot reaction by simply combining the described components, it being possible to add a catalyst and / or to work at elevated temperature. Because of the sometimes relatively high exothermicity of these reactions, it may be advantageous to successively add the individual components in order to better control the amount of heat released to be able to. A separate purification or other workup of the prepolymer (A) is usually not required.
Die bei der Herstellung der Prepolymere (A) auftretenden Reaktionen zwischen den Silanen (Sl) bzw. λ^Si-Silicaten (S2) und den funktionellen Prepolymeren (Al) sowie die Reaktion des Polymers (A2) mit Verbindungen (V) können gegebenenfalls durch einen Katalysator beschleunigt werden. Als Katalysatoren kommen die üblicherweise verwendeten organischen und anorganischen Schwermetallverbindungen, wie z.B. die organischenThe reactions occurring in the preparation of the prepolymers (A) between the silanes (Sl) or λ ^ Si silicates (S2) and the functional prepolymers (Al) and the reaction of the polymer (A2) with compounds (V) may optionally by a catalyst can be accelerated. Suitable catalysts are the commonly used organic and inorganic heavy metal compounds, e.g. the organic ones
Zinnverbindungen Dibutylzinndilaurat, Dioctylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetylacetonat, Dibutylzinndiacetat oder Dibutylzinndioctoat etc., in Frage. Des weiteren können auch Titanate, z.B. Titan (IV) isopropylat, Eisen (III) -Verbindungen, z.B. Eisen ( III ) -acetylacetonat, oder auch Amine, z.B.Tin compounds dibutyltin dilaurate, dioctyltin dilaurate, dibutyltin diacetylacetonate, dibutyltin diacetate or dibutyltin dioctoate, etc., in question. Furthermore, titanates, e.g. Titanium (IV) isopropylate, iron (III) compounds, e.g. Iron (III) acetylacetonate, or amines, e.g.
Triethylamin, Tributylamin, 1, 4-Diazabicyclo [2, 2, 2 ] octan, 1,8- Diazabicyclo[5.4.0] undec-7-en, l,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en, N,N-Bis- (N, N-dimethyl-2-aminoethyl) -methylamin, N, N- Dimethylcyclohexylamin, N, N-Dimethylphenlyamin, N-Ethyl- morpholin etc., eingesetzt werden. Auch organische oder anorganische Brönstedsäuren wie Essigsäure, Trifluoressigsäure oder Benzoesäure, Salzsäure, Phoshorsäure und deren Mono- und/oder Diester, wie z.B. Butylphosphat, (Iso-) Propylphosphat, Dibutylphosphat etc., sind als Katalysatoren geeignet. Selbstverständlich können dabei anstelle eines Katalysators auch Kombinationen mehrerer Katalysatoren eingesetzt werden.Triethylamine, tributylamine, 1,4-diazabicyclo [2,2,3] octane, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, 1,6-diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene, N, N-bis (N, N-dimethyl-2-aminoethyl) methylamine, N, N-dimethylcyclohexylamine, N, N-dimethylphenlyamine, N-ethylmorpholine, etc. are used. Also organic or inorganic Brönsted acids such as acetic acid, trifluoroacetic acid or benzoic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and their mono- and / or diesters, such. Butyl phosphate, (iso) propyl phosphate, dibutyl phosphate, etc., are suitable as catalysts. Of course, combinations of several catalysts can be used instead of a catalyst.
Bei den Prepolymeren (A) handelt es sich - in Abhängigkeit von der Art des vorliegenden Polymerrückgrats (R) - um Polymere, die in gängigen organischen Lösungsmitteln und Wasser bzw. in Mischungen von organischen Lösungsmitteln und Wasser löslich und lagerstabil sind. Lagerstabil bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Prepolymere (A) keinen signifikanten Molekülmassenaufbau und einen damit einhergehenden Viskositätsanstieg zeigen.The prepolymers (A) are - depending on the nature of the present polymer backbone (R) - polymers which are soluble in conventional organic solvents and water or in mixtures of organic solvents and water and stable in storage. Shelf life means in this Context that the prepolymers (A) show no significant molecular weight and a concomitant increase in viscosity.
Die Lagerstabilität der Prepolymere (A) ist jedoch nur für eine von der Art des jeweiligen Strukturelements der allgemeinen Formel [1] bis [3] abhängige Konzentration bzw. einen Konzentrationsbereich an Brönstedt- oder Lewis-Säuren bzw. Brönstedt- oder Lewis-Basen gegeben. Wird dieser Konzentrationsbereich verlassen, beobachtet man innerhalb kurzer Zeit zunächst einen signifikanten Molekülmassenaufbau, einen damit einhergehenden Viskositätsanstieg und schließlich die komplette Aushärtung des Polymers. Dieses Verhalten lässt sich dadurch erklären, dass die zwitterionische Struktur der allgemeinen Formel [1] bis [3] durch das Verlassen desHowever, the storage stability of the prepolymers (A) is given only for one of the type of the respective structural element of the general formula [1] to [3] dependent concentration or a concentration range of Bronsted or Lewis acids or Bronstedt or Lewis bases , If this concentration range is left, a significant increase in molecular weight, a concomitant increase in viscosity and, finally, complete curing of the polymer are observed within a short time. This behavior can be explained by the fact that the zwitterionic structure of the general formula [1] to [3] by leaving the
Konzentrationsbereichs, in dem das Prepolymer (A) stabil ist, destabilisiert wird und als Folge dessen sich eine Hydrolyse und sich anschließende Kondensation der Prepolymere (A) zu den gehärteten Massen anschließt.Concentration range in which the prepolymer (A) is stable, is destabilized and as a result followed by hydrolysis and subsequent condensation of the prepolymers (A) to the cured compositions.
Zur Härtung der Prepolymere (A) können diese mit Brönstedt- oder Lewis-Säuren bzw. Brönstedt- oder Lewis-Basen versetzt werden. Diese Komponenten können als Reinsubstanz sowie als Lösung in Wasser oder einem alkoholischen Lösungsmittel zugegeben werden. Vorzugsweise werden die Brönstedt- oderTo cure the prepolymers (A), these can be admixed with Bronsted or Lewis acids or Bronsted or Lewis bases. These components can be added as a pure substance as well as a solution in water or an alcoholic solvent. Preferably, the Brönstedt or
Lewis-Säuren bzw. Brönstedt- oder Lewis-Basen in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Prepolymere (A) zugesetzt.Lewis acids or Bronsted or Lewis bases in amounts of 0.01 to 5 wt .-%, particularly preferably from 0.01 to 1 wt .-%, based on the weight of the prepolymers (A) added.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Prepolymere (A) durch Zugabe von Brönstedt-Säuren ausgehärtet. Beispiele für geeignete Säuren sind Salzsäure, Essigsäure, Trifluoressigsäure und p-Toluolsulfonsäure . Liegt das Prepolymer (A) in wässriger Lösung vor, so wird die Aushärtung des Polymers bevorzugt durch Änderung des pH-Werts initiiert. Typischerweise erfolgt die Härtung der Prepolymere (A) bei einem pH-Wert von ≤ 10, bevorzugt bei einem pH-Wert von ≤ 8 und besonders bevorzugt bei einem pH-Wert von ≤ 7.In a preferred embodiment of the invention, the prepolymers (A) are cured by addition of Bronsted acids. Examples of suitable acids are hydrochloric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid and p-toluenesulfonic acid. Is that right Prepolymer (A) in aqueous solution, the curing of the polymer is preferably initiated by changing the pH. The curing of the prepolymers (A) typically takes place at a pH of ≦ 10, preferably at a pH of ≦ 8 and particularly preferably at a pH of ≦ 7.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind Polymerabmischungen (M), welche die Prepolymere (A) enthalten. Dazu können die Prepolymere (A) mit weiteren gängigen dem Fachmann bekannten Komponenten (K) abgemischt werden. Als Komponenten (K) kommen an sich bekannte Hilfsstoffe, wie Haftvermittler, Weichmacher, Thixotropiermittel, Fungizide, Flammschutzmittel, Pigmente etc. zum Einsatz. Auch Lichtschutzmittel, Antioxidantien, Füllstoffe, Radikalfänger sowie weitere Stabilisatoren können den Polymerabmischungen (M) zugesetzt werden. Zur Erzeugung der jeweils gewünschten Eigenschaftsprofile, sowohl der unvernetzten Polymerabmischungen (M) als auch der ausgehärteten Mischungen (M), sind derartige Zusätze bevorzugt.Likewise provided by the invention are polymer blends (M) which contain the prepolymers (A). For this purpose, the prepolymers (A) can be blended with other common components (K) known to the person skilled in the art. As components (K), known auxiliaries, such as adhesion promoters, plasticizers, thixotropic agents, fungicides, flame retardants, pigments, etc. are used. Also light stabilizers, antioxidants, fillers, free-radical scavengers and other stabilizers can be added to the polymer blends (M). To produce the respective desired property profiles of both the uncrosslinked polymer blends (M) and the cured blends (M), such additives are preferred.
Die Polymerabmischungen (M) , die die Prepolymere (A) enthalten, können zudem auch noch geringe Mengen eines organischen Lösungsmittels enthalten. Dieses Lösungsmittel dient dabei der Erniedrigung der Viskosität der unvernetzten Polymerabmischungen (M) . Als Lösungsmittel kommen prinzipiell sämtliche Lösungsmittel sowie Lösungsmittelmischungen inThe polymer blends (M) containing the prepolymers (A) may also contain even small amounts of an organic solvent. This solvent serves to lower the viscosity of the uncrosslinked polymer blends (M). As a solvent, in principle, all solvents and solvent mixtures in
Betracht. Bevorzugt werden Lösungsmittel, die bei 20 0C eine Löslichkeit von 10 g Lösungsmittel in 100 g Wasser aufweisen.Consideration. Preference is given to solvents which have a solubility of 10 g of solvent in 100 g of water at 20 ° C.
Für die Polymerabmischungen (M) existieren zahlreiche verschiedene Anwendungen als Kleb- und Dichtmassen, wieFor the polymer blends (M) there are numerous different applications as adhesives and sealants, such as
Fugendichtmassen, als Beschichtungsmaterial sowie auch bei der Herstellung von Formteilen. Die Polymerabmischungen (M) können dabei sowohl in reiner Form als auch in Form von Lösungen oder Dispersionen zum Einsatz kommen. Bevorzugt werden die Polymerabmischungen (M) in Form einer wässrigen Lösung eingesetzt.Joint sealants, as a coating material as well as in the production of moldings. The polymer blends (M) can be used both in pure form as well as in the form of solutions or dispersions. The polymer blends (M) are preferably used in the form of an aqueous solution.
Alle vorstehenden Symbole der vorstehenden Formeln weisen ihre Bedeutungen jeweils unabhängig voneinander auf.All the above symbols of the above formulas each have their meanings independently of each other.
Soweit nicht anders angegeben sind alle Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, alle Drücke 0,10 MPa (abs.) und alle Temperaturen 20 0C.Unless otherwise indicated, all amounts and percentages are by weight, all pressures are 0.10 MPa (abs.) And all temperatures are 20 ° C.
Beispiel 1 : Synthese eines feuchtigkeitshärtbaren PrepolymersExample 1: Synthesis of a moisture-curable prepolymer
Synthese des Alkoxysilan-terminierten Polymers: Zu einer Lösung von 2.00 g (9.34 mmol) Di (ethylenglycol) - diacrylat in 10 ml Toluol wurden 4.12 g (18.7 mmol) Piperazinomethyl-trimethoxysilan gegeben, und das Reaktionsgemisch wurde 3 h bei 200C gerührt. Danach wurde das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und die verbleibende Flüssigkeit im Vakuum von den leichtflüchtigen Anteilen befreit (0.01 Torr, 1 h, 300C). Man erhielt 4.90 g (7.48 mmol, Ausbeute 80%) eines farblosen, viskosen Öls. Synthesis of the alkoxysilane-terminated polymer: To a solution of 2.00 g (9:34 mmol) of di (ethylene glycol) - diacrylate in 10 ml of toluene (18.7 mmol) piperazinomethyl-trimethoxysilane added 4.12 g, and the reaction mixture was stirred for 3 h at 20 0 C. , Thereafter, the solvent was removed under reduced pressure and the remaining liquid was freed from the volatile constituents in vacuo (0.01 Torr, 1 h, 30 0 C). 4.90 g (7.48 mmol, yield 80%) of a colorless, viscous oil were obtained.
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OMθOMθ
+ 2 MeO - Si- CH2- N NH OMθ+ 2 MeO - Si - CH 2 --N NH OMθ
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OMe OMeOMe OMe
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Synthese des λ^Si-Silicat-terminierten Polymers: Zu einer Lösung von 1.00 g (1.53 mmol) des im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Alkoxysilan-terminierten Polymers in 20 ml Tetrahydrofuran wurden 637 mg (6.12 mmol) meso-0xolan-3, 4- diol gegeben, und das resultierende Reaktionsgemisch wurde 30 min bei 200C gerührt. Dann wurde mit 40 ml Diethylether versetzt und 1 h bei 200C gerührt. Der ausgefallene Niederschlag wurde mit Diethylether (2 x 20 ml) gewaschen und im Vakuum getrocknet (0.01 Torr, 20°C, 3 h) . Man erhielt 1.28 g (1.46 mmol, Ausbeute 95%) eines weißen Feststoffs; Smp . 157°C (Zers.) .Synthesis of the λ, Si-Silicate-Terminated Polymer: To a solution of 1.00 g (1.53 mmol) of the alkoxysilane-terminated polymer described in the previous section in 20 ml of tetrahydrofuran was added 637 mg (6.12 mmol) of meso-oxolane-3,4-diol was added, and the resulting reaction mixture was stirred at 20 0 C for 30 min. Then 40 ml of diethyl ether was added and stirred at 20 0 C for 1 h. The precipitate which precipitated out was washed with diethyl ether (2 × 20 ml) and dried in vacuo (0.01 torr, 20 ° C., 3 h). This gave 1.28 g (1.46 mmol, yield 95%) of a white solid; Smp. 157 ° C (decomp.).
Beispiel 2 : Untersuchung der Stabilität und Vernetzung eines feuchtigkeitshärtbaren PolymersExample 2: Investigation of the stability and crosslinking of a moisture-curable polymer
Zu einer Lösung von 158 mg (0.18 mmol) des in Beispiel 1 beschriebenen λ^Si-Silicat-terminierten Polymers in 2 ml Wasser wurden 19 mg (0.18 mmol) meso-Oxolan-3, 4-diol gegeben, und das resultierende Gemisch wurde für 30 min bei 200C gerührt. Laut 29si-NMR-Spektroskopie war das λ^Si-Silicat-terminierte Polymer über einen Zeitraum von mindestens 8 Wochen in Lösung stabilTo a solution of 158 mg (0.18 mmol) of the λSi-silated polymer described in Example 1 in 2 ml of water was added 19 mg (0.18 mmol) of meso-oxolane-3,4-diol, and the resulting mixture became stirred for 30 min at 20 0 C According to 29si NMR spectroscopy, the λ ^ Si silicate-terminated polymer was stable in solution for a period of at least 8 weeks
(nur geringfügige Bildung von Tn-Gruppen) . Die Lösung zeigte keinen Gelanteil.(only minor formation of T n groups). The solution showed no gel content.
Eine Lösung von 527 mg (0.60 mmol) des in Beispiel 1 beschriebenen λ^Si-Silicat-terminierten Polymers in 10 ml Wasser wurde mittels konzentrierter Salzsäure auf einen pH-Wert von 5 eingestellt. Nach Abdampfen des Lösungsmittels erhielt man einen elastomeren Feststoff, der sich in Wasser nicht wieder auflöste. A solution of 527 mg (0.60 mmol) of the λSi-silicate-terminated polymer described in Example 1 in 10 ml of water was adjusted to pH 5 by means of concentrated hydrochloric acid. Evaporation of the solvent gave an elastomeric solid which did not redissolve in water.

Claims

Patentansprüche claims
1. Feuchtigkeitshärtbare Prepolymere (A) , die über mindestens ein Strukturelement, ausgewählt aus den allgemeinen Formeln [1] bis [3],1. Moisture-curable prepolymers (A) which have at least one structural element selected from the general formulas [1] to [3],
-NR2-B-SiL4 [1],-NR 2 -B-SiL 4 [1],
=NR-B-SiL4 [2],= NR-B-SiL 4 [2],
≡N-B-SiL4 [3]'-NB-SiL 4 [3] '
verfügen, wobei L einen einzähligen Liganden, der ausgewählt wird aus Fluor-,where L is a single ligand selected from fluoro,
Alkohol-, Carbonsäure- und Hydroximrest, L2 einen zweizähligen Liganden, der ausgewählt wird aus Diol-, Aminoalkohol-, Hydroxycarbonsäure-, Aminocarbonsäure- und Dicarbonsäurerest, mit der Massgabe, dass die vier Liganden L in der Lage sind, das pentakoordinierte Siliciumatom zu stabilisieren,L 2 is a bidentate ligand selected from diol, aminoalcohol, hydroxycarboxylic acid, amino carboxylic acid and dicarboxylic acid, provided that the four L ligands are capable of the pentacoordinated silicon atom stabilize,
B ein Strukturelement (CR-L2) m oder einen durch Heteroatome unterbrochenen gegebenenfalls substituierten Alkylen-,B is a structural element (CR-L 2 ) m or an optionally substituted alkylene interrupted by heteroatoms,
Arylen- oder Heteroarylenrest,Arylene or heteroarylene radical,
R Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoffrest undR is hydrogen or an optionally substituted hydrocarbon radical and
R! Wasserstoff, Halogene oder einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoffrest bedeuten und m die Werte 1, 2, 3, 4 oder 5 annehmen kann, wobei das Stickstoffatom in der allgemeinen Formel [2] als endocyclisches Stickstoffatom Teil eines aliphatischen Heterozyklus ist, und das Stickstoffatom in der allgemeinen Formel [3] als endocyclisches Stickstoffatom Teil eines aromatischen Heterozyklus ist. R! Mean hydrogen, halogens or an optionally substituted hydrocarbon radical and m can assume the values 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the nitrogen atom in the general formula [2] as endocyclic nitrogen atom is part of an aliphatic heterocycle, and the nitrogen atom in the general Formula [3] as an endocyclic nitrogen atom is part of an aromatic heterocycle.
2. Prepolymere (A) nach Anspruch 1, bei denen L4 einen oder zwei zweizähnige Liganden L2 enthält.2. Prepolymers (A) according to claim 1, in which L4 contains one or two bidentate ligands L2.
3. Prepolymere (A) nach Anspruch 1 oder 2, bei denen B einen C]_-Spacer darstellt.3. prepolymers (A) according to claim 1 or 2, wherein B represents a C ] _ spacer.
4. Prepolymere (A) nach Anspruch 1 bis 3, bei denen die aliphatischen Heterozyklen, die Teil des Strukturelements der allgemeinen Formel [2] sind, ausgewählt werden aus substituiertem und nicht substituiertem Aziridin, Morpholin, Pyrrolidin, Piperazin und Piperidin.4. Prepolymers (A) according to claim 1 to 3, wherein the aliphatic heterocycles which are part of the structural element of the general formula [2] are selected from substituted and unsubstituted aziridine, morpholine, pyrrolidine, piperazine and piperidine.
5. Prepolymere (A) nach Anspruch 1 bis 4, bei denen die aromatischen Heterozyklen, die Teil des Strukturelements der allgemeinen Formel [3] sind, ausgewählt werden aus substituiertem und nicht substituiertem Pyridin, Pyrrol, Imidazol, Benzimidazol, Indol, Chinolin, Benzoxazol, Benzthiazol, Pyrazol und Triazol.5. prepolymers (A) according to claim 1 to 4, wherein the aromatic heterocycles which are part of the structural element of the general formula [3] are selected from substituted and unsubstituted pyridine, pyrrole, imidazole, benzimidazole, indole, quinoline, benzoxazole , Benzothiazole, pyrazole and triazole.
6. Verfahren zur Herstellung von Prepolymeren (A), bei dem funktionelle Prepolymere (Al) mit einer gegenüber F reaktiven Gruppe in einer ersten Stufe mit Silanen (Sl) der allgemeinen Formel [4],6. A process for the preparation of prepolymers (A), wherein the functional prepolymers (Al) having a group reactive toward F in a first stage with silanes (Sl) of the general formula [4],
F-B-SiX3 [4],FB-SiX 3 [4],
zu Prepolymeren (A2) umgesetzt und diese im Anschluss durch Reaktion mit Verbindungen (V) , die ausgewählt werden aus Alkoholen, Carbonsäuren, Diolen, Aminoalkoholen, Dicarbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren, Aminocarbonsäuren,converted into prepolymers (A2) and these are subsequently reacted by reaction with compounds (V) selected from among alcohols, carboxylic acids, diols, aminoalcohols, dicarboxylic acids, hydroxycarboxylic acids, aminocarboxylic acids,
Hydroximen, in die Prepolymere (A) überführt werden, wobei F eine gegenüber den funktionellen Prepolymeren (Al) reaktive Gruppe, X einen monovalenten, gegebenenfalls substituiertenHydroximes into which prepolymers (A) are converted, F being a group which is reactive with respect to the functional prepolymers (Al), X is a monovalent, optionally substituted
Alkoxyrest, Aryloxyrest, Acyloxyrest mit jeweils 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder ein Halogen bedeuten und B die bei den allgemeinen Formeln [1] bis [3] gemäß Anspruch 1 angegebene Bedeutung aufweist.Alkoxy, aryloxy, Acyloxyrest each having 1 to 10, preferably 1 to 6 carbon atoms or a halogen and B has the meaning given in the general formulas [1] to [3] according to claim 1.
7. Verfahren zur Herstellung von Prepolymeren (A), bei dem funktionelle Prepolymere (Al) mit einer gegenüber F reaktiven Gruppe mit λ^Si-Silicaten (S2) der allgemeinen Formel [5] ,7. A process for the preparation of prepolymers (A), wherein the functional prepolymers (Al) with an opposite F-reactive group with λ ^ Si silicates (S2) of the general formula [5],
F-B-SiL4 [5],FB-SiL 4 [5],
umgesetzt werden, wobei B, F und L die bei den allgemeinen Formeln [1] bis [4] gemäß Anspruch 1 und 6 angegebenenbe reacted, wherein B, F and L are those given in the general formulas [1] to [4] according to claim 1 and 6
Bedeutungen aufweisen, mit der Maßgabe, dass in den X^Si- Silicaten (S2) das Strukturelement F-B in kationischer Form vorliegt und die nach diesem Verfahren hergestellten Prepolymere (A) mindestens ein Strukturelement der allgemeinen Formel [1] bis [3] aufweisen.Have meanings, with the proviso that in the X ^ Si silicates (S2) the structural element F-B is present in cationic form and the prepolymers prepared by this process (A) at least one structural element of the general formula [1] to [3].
8. Verfahren zur Herstellung von Prepolymeren (A), bei dem die Silane (Sl) der allgemeinen Formel [4] gemäss Anspruch 6 oder die λ^Si-Silicate (S2) der allgemeinen Formel [5] gemäss Anspruch 7 durch anionische, kationische oder radikalische Polymerisation mit einem polymerisierbaren Monomer (M) umgesetzt werden, mit der Maßgabe, dass im Falle des Einsatzes von Silanen (Sl) die entstehenden Prepolymere (A2) anschließend mit Verbindungen (V) zu Prepolymeren (A) umgesetzt werden. 8. A process for the preparation of prepolymers (A), wherein the silanes (Sl) of the general formula [4] according to claim 6 or the λ ^ Si silicates (S2) of the general formula [5] according to claim 7 by anionic, cationic or radical polymerization with a polymerizable monomer (M) are reacted, with the proviso that in the case of the use of silanes (SI), the resulting prepolymers (A2) are then reacted with compounds (V) to give prepolymers (A).
9. Polymerabmischungen (M), enthaltend die Prepolymere (A) gemäss Anspruch 1 bis 5.9. polymer blends (M) containing the prepolymers (A) according to claim 1 to 5.
10. Verwendung der Polymerabmischungen (M) gemäss Anspruch 9 als Kleb- und Dichtmasse sowie als Beschichtungsmaterial , 10. Use of the polymer blends (M) according to claim 9 as adhesive and sealant and as a coating material,
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