WO2013113739A1 - Low-viscosity, cationically hydrophilised polyurethane dispersions - Google Patents

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Abstract

The present invention describes a method for producing low-viscosity, radiation-hardenable aqueous dispersions on the basis of polyurethane acrylates (UV-PUDs), wherein the UV-PUDs hydrophilised cationically and/or with potentially cationic groups have a lower initial viscosity if a greater share of the urethanisation, in other words reaction of the NCO-functionalised compounds with the OH-functionalised compounds, first takes place in the absence of acid-bearing compounds and the integration of the acid-bearing compounds via hydroxyl function thereof takes place as late as possible.

Description

Niedrigviskose, kationisch hydrophilierte Polyurethandispersionen  Low-viscosity, cationically hydrophilicized polyurethane dispersions
Wässrige, strahlenhärtbare Lacke, die auf Polyurethan(meth)acrylatdispersionen beruhen, erobern immer größere Marktanteile, weil deren Beschichtungen auf Holz, Kunststoffen und anderen Substraten sehr gute chemische und mechanische Beständigkeiten aufweisen. Weitere Vorteile sind die niedrige Viskosität, wie sie für Sprühapplikationen benötigt wird, sowie die sekundenschnelle Aushärtung durch aktinische Strahlung. Aqueous, radiation-curable coatings based on polyurethane (meth) acrylate dispersions are gaining ever greater market share because their coatings on wood, plastics and other substrates have very good chemical and mechanical resistance. Further advantages are the low viscosity required for spray applications as well as the fast curing by actinic radiation.
In der Regel werden strahlenhärtbare, wässrige Polyurethandispersionen über anionische Gruppen, oder über anionische Gruppen in Gegenwart von hydrophilen Polyethergruppen hydrophiliert. In der Literatur ist die Hydrophilierung über kationische Gruppen prinzipiell bekannt, allerdings finden sich wenige konkrete Beispiele. Die meisten Anwendungen für wässrige, strahlenhärtbare Polyurethandisperisionen basieren auf anionisch hydrophilierte Typen. Dabei können wässrige Bindemittel mit kationischer Hydrophilierung hervorragend geeignet sein, wenn es um Lacke für Papier und Leder als auch um Tinten geht. Außerdem zeigt sich in Mehrschichtaufbauten auf diversen Substraten, wie Kunststoffen und Holz, dass die Kombination von Beschichtungen auf Basis anionisch hydrophilierter Bindemittel mit Beschichtungen auf Basis kationisch hydrophilierter Bindemittel zur besseren Haftung zwischen den Schichten sowie besseren Beständigkeiten führt. As a rule, radiation-curable, aqueous polyurethane dispersions are hydrophilized via anionic groups or via anionic groups in the presence of hydrophilic polyether groups. Hydrophilization via cationic groups is known in principle in the literature, but there are few concrete examples. Most applications for aqueous, radiation-curable polyurethane dispersions are based on anionically hydrophilized types. In this case, aqueous binders with cationic hydrophilization can be outstandingly suitable when it comes to coatings for paper and leather as well as inks. In addition, in multilayer constructions on various substrates, such as plastics and wood, the combination of coatings based on anionically hydrophilicized binders with coatings based on cationically hydrophilicized binders leads to better adhesion between the layers and better resistances.
In DE-Al 2732955 werden kationisch hydrophilierte Urethanacrylatdispersionen als Bindemittel zur kathodischen Tauchlackierung beschrieben. Die Viskosität der Bindemittel ist für diese Anwendung nicht entscheidend, da die Bindemittel auf sehr niedrige Festkörpergehalte von 10 Gew.-% verdünnt werden. Der Einbau der potentiell kationischen Gruppen erfolgt zu Anfang der Synthese des Polyurethans. In DE-Al 2732955, cationically hydrophilicized urethane acrylate dispersions are described as binders for cathodic dip coating. The viscosity of the binders is not critical to this application because the binders are diluted to very low solids levels of 10% by weight. The incorporation of the potentially cationic groups occurs at the beginning of the synthesis of the polyurethane.
In EP -AI 1489120 werden strahlenhärtbare, wässrige Polyurethan(meth)acrylatdispersionen zur Herstellung von Beschichtungen mit speziellen haptischen Eigenschaften beschrieben. Es werden potentiell anionische und kationische Gruppen als Aufbaukomponenten d e r Polyurethan(meth)acrylatdispersionen offenbart, wobei potentiell anionische Gruppen zur Hydrophilierung bevorzugt sind. Der Einbau der potentiell ionischen Gruppen erfolgt in allen Beispielen zu Beginn der Urethanisierung. Radiation-curable, aqueous polyurethane (meth) acrylate dispersions for the production of coatings having special haptic properties are described in EP-AI 1489120. There are disclosed potentially anionic and cationic groups as structural components of polyurethane (meth) acrylate dispersions, with potential anionic groups being preferred for hydrophilization. The incorporation of the potentially ionic groups takes place in all examples at the beginning of the urethanization.
In GB-A 2270916 werden tertiäre Polyhydroxylamine als potentiell kationische Gruppen in Polyurethan(meth)acrylatdispersionen eingebaut. Sie finden Verwendung als Tinten. Der Einbau der tertiären Polyhydroxyamine erfolgt in allen Beispielen zu Anfang der Synthese des Polymers. Die Dispersionen fallen direkt nach der Synthese hochviskos an. - - In GB-A 2270916 tertiary polyhydroxylamines are incorporated as potentially cationic groups in polyurethane (meth) acrylate dispersions. They are used as inks. The incorporation of the tertiary polyhydroxyamines occurs in all examples at the beginning of the synthesis of the polymer. The dispersions accumulate highly viscous immediately after the synthesis. - -
Ein Grund für die geringe Verbreitung kationisch hydrophilierter, wässriger, strahlenhärtbarer Polyurethandispersionen ist die relativ hohe Viskosität direkt nach Dispergieren der entsprechenden Polyurethan(meth)acrylate . Prinzipiell möchte der Anwender für eine Sprühapplikation ein wasserdünnes Bindemittel erhalten, das er mittels Verdicker auf die gewünschte Viskosität einstellen kann. Ist die Viskosität allerdings sehr hoch, z. B. mehr als 60 sec Auslaufzeit (gemäß DIN EN ISO 2431 mit Hilfe des 4 mm DIN-Bechers bestimmt), so fällt die Viskosität innerhalb von Wochen nach der Herstellung sehr stark ab. Die Formulierung des Lackes muss also täglich in Bezug auf die Menge des Verdickers angepasst werden, um die gewünschte Sprühviskosität einzustellen. Ein solcher Aufwand kann aber selten geleistet werden und stört den automatisierten Applikationsprozess. One reason for the low spread of cationically hydrophilicized, aqueous, radiation-curable polyurethane dispersions is the relatively high viscosity directly after dispersing the corresponding polyurethane (meth) acrylates. In principle, the user would like to receive a water-thin binder for a spray application, which he can adjust to the desired viscosity by means of thickener. However, if the viscosity is very high, z. B. more than 60 sec flow time (determined according to DIN EN ISO 2431 using the 4 mm DIN cup), the viscosity falls within weeks after production very strong. The formulation of the paint must therefore be adjusted daily in relation to the amount of thickener to adjust the desired spray viscosity. However, such an effort can rarely be made and interferes with the automated application process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur Synthese kationisch hydrophilierter, wässriger Polyurethan(meth)acrylatdispersionen bereit zu stellen, bei dem die wässrige, strahlenhärtbare Polyurethandispersion als Bindemittel direkt nach der Synthese niedrigviskoser anfällt als bei bislang bekannten Verfahren. The object of the present invention was to provide a process for the synthesis of cationically hydrophilized, aqueous polyurethane (meth) acrylate dispersions in which the aqueous, radiation-curable polyurethane dispersion is obtained as a binder of lower viscosity directly after the synthesis than in previously known processes.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass über kationische und/oder potentiell kationische Gruppen hydrophilierte strahlenhärtbare Polyurethandispersionen eine niedrigere Anfangsviskosität aufweisen, wenn ein großer Teil der Urethanisierung, d. h. Umsetzung der NCO-funktionalisierten Verbindungen mit den OH-funktionalisierten Verbindungen, zuerst in Abwesenheit der kationischen und/oder potentiell kationischen Verbindungen stattfindet und der Einbau der kationischen und/oder potentiell kationischen Verbindungen über deren NCO-reaktive Funktionen möglichst spät stattfindet. Solche Dispersionen weisen eine deutlich niedrigere Viskosität nach Herstellung auf als solche, bei denen die kationische und/oder potentiell kationische Komponenten schon zu Beginn der Urethanisierung zugesetzt wurden. Surprisingly, it has been found that cationic and / or potentially cationic groups hydrophilized radiation-curable polyurethane dispersions have a lower initial viscosity, when a large part of the urethanization, d. H. Implementation of the NCO-functionalized compounds with the OH-functionalized compounds, first in the absence of cationic and / or potentially cationic compounds takes place and the incorporation of the cationic and / or potentially cationic compounds via their NCO-reactive functions takes place as late as possible. Such dispersions have a significantly lower viscosity after preparation than those in which the cationic and / or potentially cationic components were added at the beginning of the urethanization.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung strahlenhärtbarer, wässriger Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i) enthaltend als Aufbaukomponenten A) eine oder mehrere Verbindungen mit mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Gruppe und mindestens einer radikalisch polymerisierbaren ungesättigten Gruppe, vorzugsweise (Meth)acrylat-Gruppen, The invention relates to a process for preparing radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) as structural components A) one or more compounds having at least one isocyanate-reactive group and at least one free-radically polymerizable unsaturated group, preferably (meth) acrylate groups,
B) gegebenenfalls eine oder mehrere monomere und/oder polymere Verbindungen verschieden von A), B) optionally one or more monomeric and / or polymeric compounds other than A),
C) eine oder mehrere organische Polyisocyanate, - - C) one or more organic polyisocyanates, - -
D) eine oder mehrere Verbindungen mit mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Funktion und zusätzlich mindestens einer kationischen und/oder potentiell kationischen Funktion, D) one or more compounds having at least one isocyanate-reactive function and additionally at least one cationic and / or potentially cationic function,
E) gegebenenfalls von A) bis D) verschiedene Verbindungen mit mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Gruppe, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten A) bis C) in einem ersten Reaktionsschritt zu einem Polyurethan(meth)acrylat umgesetzt werden, das weder kationische noch potentiell kationische Gruppen enthält und nach Bestimmung des NCO-Gehaltes ein NCO-Wert erreicht wird, der um bis zu 1,5 Gew.-% NCO (absolut), bevorzugt um bis zu 1,0 Gew.-% NCO (absolut), besonders bevorzugt um bis zu 0,7 Gew.-% NCO (absolut) vom theoretischen NCO-Wert abweichen kann, und in einem zweiten Reaktionsschritt mit der Komponente D) mit noch freien NCO-Gruppen aus dem Reaktionsprodukt der Komponenten A) bis C) umgesetzt wird und nach erneuter Bestimmung des NCO-Gehaltes ein NCO-Wert erreicht wird, der um bis zu 1,5 Gew.-% NCO (absolut), besonders bevorzugt um bis zu 1,0 Gew.-% NCO (absolut) vom theoretischen NCO-Wert abweichen kann, und gegebenenfalls in einem dritten Reaktionsschritt die Komponente E) mit noch freien NCO- Gruppen umgesetzt wird. E) optionally different from A) to D) compounds having at least one isocyanate-reactive group, characterized in that the components A) to C) are reacted in a first reaction step to a polyurethane (meth) acrylate, which is neither cationic nor potentially cationic Contains groups and after determination of the NCO content, an NCO value is achieved which by up to 1.5 wt .-% NCO (absolute), preferably by up to 1.0 wt .-% NCO (absolute), particularly preferably by up to 0.7 wt .-% NCO (absolute) may differ from the theoretical NCO value, and in a second reaction step with the component D) with still free NCO groups from the reaction product of components A) to C) is reacted and after re-determination of the NCO content, an NCO value is achieved which is up to 1.5 wt .-% NCO (absolute), more preferably by up to 1.0 wt .-% NCO (absolute) of the theoretical NCO Value can vary, and optionally in a third reaction step the Kom component E) is reacted with still free NCO groups.
Zum erhaltenen Urethanacrylat aus den Komponenten A) bis D) wird ein Neutralisationsmittel zur Erzeugung der für die Dispergierung notwendigen kationischen Gruppen vor, während oder nach der Herstellung des Umsetzungsproduktes aus den Komponenten A) bis D) zugegeben, gefolgt von einem Dispergierschritt durch Zugabe von Wasser zum Urethanacrylat bzw. Überführen des Urethanacrylats in eine wässrige Vorlage, wobei gegebenenfalls in einem dritten Reaktions schritt vor, während oder nach der Dispergierung eine Kettenverlängerung mittels Komponente E) erfolgen kann. To the obtained urethane acrylate from the components A) to D) is added a neutralizing agent for producing the cationic groups necessary for the dispersion before, during or after the preparation of the reaction product from the components A) to D), followed by a dispersing step by the addition of water to urethane acrylate or transfer of the urethane acrylate in an aqueous template, wherein optionally in a third reaction step before, during or after the dispersion chain extension by means of component E) can be carried out.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren gemäß vorstehender Beschreibung, bei dem ein oder mehrere Reaktiwerdünner, enthaltend mindestens eine radikalisch polymerisierbare Gruppe, Komponente (ii), beigemischt werden. „(Meth)acrylat" bezieht sich im Rahmen dieser Erfindung auf entsprechende Acrylat- oder (Meth)acrylatfunktionen oder auf eine Mischung beider. - - The invention also provides a process according to the above description, in which one or more reactive diluents containing at least one free-radically polymerizable group, component (ii), are admixed. "(Meth) acrylate" in the context of this invention refers to corresponding acrylate or (meth) acrylate functions or to a mixture of both. - -
Der theoretische NCO-Wert bezieht sich auf den NCO-Gehalt, der nach vollständiger Abreaktion aller OH-reaktiven Verbindungen mit allen NCO-haltigen Verbindungen erreicht wird, wobei ein Überschuss an NCO-haltigen Verbindungen eingesetzt wird. Zur Reaktionskontrolle wird der NCO-Gehalt in regelmäßigen Abständen experimentell über Titration, Infrarot- oder Nah-Infrarot- Spektroskopie bestimmt. Somit ist es in kontrollierter Weise möglich, nach jedem Reaktionsschritt einen NCO-Gehalt durch Zugabe von NCO-reaktiven Verbindungen zu erreichen, der in einem definierten Bereich um den theoretischen NCO-Wert liegt. Der experimentell bestimmte NCO- Gehalt kann vom theoretischen NCO-Gehalt um bis zu 1,5 Gew.-% NCO (absolut) abweichen, d.h. z. B. bei einem theoretischen NCO-Gehalt von 1,7 Gew. -% kann der experimentell ermittelte NCO-Gehalt in dem Bereich von 3,2 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% liegen. Der experimentell ermittelte NCO-Gehalt kann unterhalb der Theorie liegen, wenn weniger reaktive Gruppen, wie z. B. Urethangruppen, mit freiem NCO reagieren. Dies passiert in der Regel erst, wenn die reaktiveren OH-, NH- und/oder SH-Gruppen-tragenden Verbindungen abreagiert sind. Zur Herstellung der Dispersionen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können sämtliche aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren wie Emulgator- Scherkraft-, Aceton-, Präpolymer- Misch-, Schmelz-Emulgier-, Ketimin- und Feststoff-Spontan-Dispergier-Verfahren oder Abkömmlinge davon verwendet werden. Diese Methoden sind dem Fachmann bekannt, siehe z. B. Methoden der Organischen Chemie, Houben-Weyl, 4. Auflage, Band E20 / Teil 2 auf Seite 1659, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1987. Bevorzugt ist das Schmelz-Emulgier- und das Aceton- Verfahren. Besonders bevorzugt wird das Aceton- Verfahren. The theoretical NCO value refers to the NCO content, which is reached after complete reaction of all OH-reactive compounds with all NCO-containing compounds, with an excess of NCO-containing compounds is used. For the control of the reaction, the NCO content is determined experimentally at regular intervals by titration, infrared or near-infrared spectroscopy. Thus, it is possible in a controlled manner, after each reaction step, to achieve an NCO content by adding NCO-reactive compounds which is within a defined range around the theoretical NCO value. The experimentally determined NCO content may differ from the theoretical NCO content by up to 1.5% by weight of NCO (absolute), i. z. At a theoretical NCO content of 1.7% by weight, the experimentally determined NCO content may be in the range of 3.2% to 0.2% by weight. The experimentally determined NCO content may be below the theory, if less reactive groups, such as. As urethane groups, react with free NCO. As a rule, this only happens when the more reactive OH, NH and / or SH group-carrying compounds have reacted. For the preparation of the dispersions by the process according to the invention, it is possible to use all processes known from the prior art, such as emulsifier shear force, acetone, prepolymer mixed, melt emulsified, ketimine and solid spontaneous dispersing processes or derivatives thereof become. These methods are known in the art, see, for. B. Methods of Organic Chemistry, Houben-Weyl, 4th Edition, Volume E20 / Part 2 on page 1659, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1987. Preferred is the melt emulsification and the acetone method. Particularly preferred is the acetone process.
Um ein Produkt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen, werden in einem ersten Reaktionsschritt die Komponenten A) und B) im Reaktor vorgelegt und gegebenenfalls mit Aceton verdünnt. Gegebenenfalls kann auch Komponente (ii) zu den Komponenten A) und B) zugesetzt werden. Es ist möglich, Urethanisierungskatalysatoren dazu zu geben, bevor der Umsatz mit dem oder den Polyisocyanaten C) erfolgt. Anschließend dosiert man das oder die Polyisocyanate C) zu und erwärmt die Mischung, um ein Anspringen der Reaktion zu ermöglichen. In der Regel sind dazu Temperaturen von 30 bis 60 °C nötig. Auch die umgekehrte Variante ist möglich, wobei dann die Polyisocyanate C) vorgelegt und die isocyanatreaktiven Komponenten A) und B) zugegeben werden. Die Zugabe der Komponenten A) und B) kann auch nacheinander und in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Zusammengenommen werden die Komponenten A) bis C) bis zum Erreichen des theoretischen NCO- Wertes, der um bis zu 1,5 Gew.-% NCO, bevorzugt um bis zu 1,0 Gew.-% NCO, besonders bevorzugt um bis zu 0,7 Gew.-% NCO abweichen kann, in einem ersten Reaktionsschritt umgesetzt. Das so gewonnene Additionsprodukt enthält weder kationische noch potentiell kationische Gruppen. In einem zweiten Reaktions schritt folgt die Zugabe der Komponente D), und die Reaktion wird fortgeführt bis zum erneuten Erreichen des theoretischen - - In order to produce a product by the process according to the invention, the components A) and B) are introduced into the reactor in a first reaction step and optionally diluted with acetone. Optionally, component (ii) may also be added to components A) and B). It is possible to add urethanization catalysts before the conversion with the polyisocyanate (s) C) takes place. The one or more polyisocyanates C) are then metered in and the mixture is heated to allow the reaction to start. As a rule, temperatures of 30 to 60 ° C are required. The reverse variant is also possible, in which case the polyisocyanates C) are initially charged and the isocyanate-reactive components A) and B) are added. The addition of components A) and B) can also be carried out in succession and in any order. Taken together, the components A) to C) until reaching the theoretical NCO value, by up to 1.5 wt .-% NCO, preferably by up to 1.0 wt .-% NCO, more preferably by up to 0 , 7 wt .-% NCO may differ, implemented in a first reaction step. The addition product thus obtained contains neither cationic nor potentially cationic groups. In a second reaction step, the addition of component D) follows, and the reaction is continued until the theoretical again - -
NCO- Wertes, der um bis zu 1,5 Gew.-% NCO, bevorzugt um bis zu 1,0 Gew.-% NCO. Im Anschluss wird gegebenenfalls Komponente E) mit noch freien NCO-Gruppen in einem dritten Reaktionsschritt umgesetzt. Zur Beschleunigung der Addition an Isocyanat werden Isocyanatadditionsreaktionkatalysatoren, wie z. B Triethylamin, l,4-Diazabicyclo-[2,2,2]-oktan, Zinndioktoat, Dibutylzinndilaurat oder Bismuthoctoat, zugesetzt, und die Mischung wird erwärmt, um ein Anspringen der Reaktion zu ermöglichen. In der Regel sind dazu Temperaturen von 30 bis 60 °C nötig. Die molaren Verhältnisse von Isocyanatgruppen in C) zu gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen in A) und B) betragen von 1,2 : 1,0 bis 4,0 : 1,0, bevorzugt 1,5 : 1,0 bis 3,0 : 1,0. NCO value, by up to 1.5 wt .-% NCO, preferably by up to 1.0 wt .-% NCO. Subsequently, optionally component E) is reacted with still free NCO groups in a third reaction step. To accelerate the addition of isocyanate Isocyanatadditionsreaktion catalysts such. B triethylamine, 1,4-diazabicyclo [2,2,2] octane, tin dioctoate, dibutyltin dilaurate or bismuth octoate, and the mixture is heated to allow initiation of the reaction. As a rule, temperatures of 30 to 60 ° C are required. The molar ratios of isocyanate groups in C) to isocyanate-reactive groups in A) and B) are from 1.2: 1.0 to 4.0: 1.0, preferably 1.5: 1.0 to 3.0: 1.0.
Die molaren Verhältnisse von Isocyanatgruppen in C) zu gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen in A), B) und D) betragen von 1,05 : 1,0 bis 2,5 : 1,0, bevorzugt 1,2 : 1,0 bis 1,5 : 1,0. The molar ratios of isocyanate groups in C) to isocyanate-reactive groups in A), B) and D) are from 1.05: 1.0 to 2.5: 1.0, preferably 1.2: 1.0 to 1 , 5: 1.0.
Nach der Herstellung des wässrigen, strahlenhärtbaren Polyurethan(meth)acrylats (i) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus den Komponenten A) bis D) erfolgt, falls potentiell kationische Gruppen verwendet wurden, die Salzbildung der Verbindungen D). Diese potentiell kationischen Gruppen D) enthalten basische Gruppen, so dass bevorzugt Säuren eingesetzt werden, wie z. B. anorganische Säuren, wie beispielsweise Salzsäure, Phosphorsäure und / oder Schwefelsäure, und / oder organischen Säuren, wie beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure, Methan-, Ethan- und / oder p-Toluolsulfonsäure, um diese in die entsprechenden Salze zu überführen. Der Neutralisationsgrad liegt dabei bevorzugt zwischen 50 und 125%. Der Neutralisationsgrad ist bei Basen-funktionalisierten Polymeren definiert als Quotient aus Säure und Base. Liegt der Neutralisationsgrad über 100%, so wird bei Basen-funktionalisierten Polymeren mehr Säure zugegeben als basische Gruppen im Polymer vorhanden sind. After the preparation of the aqueous, radiation-curable polyurethane (meth) acrylate (i) according to the inventive method from the components A) to D), if potentially cationic groups were used, the salt formation of the compounds D). These potentially cationic groups D) contain basic groups, so that preferably acids are used, such as. For example, inorganic acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid and / or sulfuric acid, and / or organic acids such as formic acid, acetic acid, lactic acid, methane, ethane and / or p-toluenesulfonic acid to convert them into the corresponding salts. The degree of neutralization is preferably between 50 and 125%. The degree of neutralization in the case of base-functionalized polymers is defined as the quotient of acid and base. If the degree of neutralization is more than 100%, more acid is added to base-functionalized polymers than basic groups are present in the polymer.
Im Anschluss kann optional ein Reaktivverdünner (ii) oder eine Mischung von Reaktiwerdünnern (ii) zugegeben werden. Das Zumischen von Komponente (ii) erfolgt bevorzugt bei 30 bis 45 °C. Sobald dieser sich gelöst hat, folgt gegebenenfalls der letzte Reaktionsschritt, bei dem im wässrigen Medium eine Molmassenerhöhung durch die Komponente E) und die Ausbildung der für das erfindungsgemäße Beschichtungssystem benötigten Dispersionen stattfinden. Das Polyurethan(meth)acrylat (i), synthetisiert aus den Komponenten A) bis D), und gegebenenfalls der oder die Reaktiwerdünner (ii) gegebenenfalls gelöst in Aceton werden unter starkem Rühren entweder in das Dispergierwasser, das das oder die Amine E) enthält, eingetragen oder man rührt umgekehrt die Dispergierwasser- Amin-Mischung zu der Polyurethanlösung (i). Außerdem bilden sich die Dispersionen aus, die im erfindungsgemäßen Beschichtungssystem enthalten sind. Die - - eingesetzte Menge an Amin E) hängt von den noch vorhandenen, nicht umgesetzten Isocyanatgruppen ab. Die Umsetzung der noch freien Isocyanatgruppen mit dem Amin E) kann zu 35 % bis 150 % erfolgen. In dem Fall, dass ein Unterschuss an Amin E) eingesetzt wird, reagieren noch freie Isocyanatgruppen langsam mit Wasser ab. Wird ein Überschuss an Amin E) verwendet, so liegen keine freien Isocyanatgruppen mehr vor und es wird ein aminfunktionelles Polyurethan(meth)acrylat (i) erhalten. Bevorzugt werden 80 % bis 110 %, besonders bevorzugt 90 % bis 100 % der noch freien Isocyanatgruppen mit dem Amin E) umgesetzt. Following this, optionally a reactive diluent (ii) or a mixture of reactive diluents (ii) can be added. The admixing of component (ii) is preferably carried out at 30 to 45 ° C. Once this has dissolved, optionally followed by the last reaction step, take place in the aqueous medium, a molecular weight increase by the component E) and the formation of the dispersions required for the coating system according to the invention. The polyurethane (meth) acrylate (i) synthesized from the components A) to D), and optionally the reactive diluent (ii) optionally dissolved in acetone are added with vigorous stirring either to the dispersing water containing the amine (s) E) , is added or stirred inversely the dispersing water-amine mixture to the polyurethane solution (i). In addition, the dispersions formed in the coating system of the invention are formed. The - - Amount of amine E) used depends on the remaining, unreacted isocyanate groups. The reaction of the still free isocyanate groups with the amine E) can be carried out to 35% to 150%. In the event that a deficiency of amine E) is used, free isocyanate groups react slowly with water. If an excess of amine E) is used, then there are no more free isocyanate groups and an amine-functional polyurethane (meth) acrylate (i) is obtained. Preferably, 80% to 110%, particularly preferably 90% to 100% of the still free isocyanate groups are reacted with the amine E).
In einer weiteren Variante ist es möglich, die Molmassenerhöhung durch das Amin E) bereits in acetonischer Lösung, d. h. vor der Dispergierung, und gegebenenfalls vor oder nach der Zugabe des oder der Reaktiwer dünner (ii) durchzuführen. In a further variant, it is possible to increase the molar mass by the amine E) already in acetonic solution, ie. H. prior to dispersion, and optionally before or after the addition of the reactant (s) (ii).
Falls erwünscht, kann das organische Lösungsmittel - sofern vorhanden - abdestilliert werden. Die Dispersionen haben dann einen Festkörpergehalt von 20 bis 60 Gew. -%, insbesondere 30 bis 58 Gew.-%. If desired, the organic solvent, if present, can be distilled off. The dispersions then have a solids content of from 20 to 60% by weight, in particular from 30 to 58% by weight.
Es ist ebenfalls möglich, Dispergier- und Destillationsschritt parallel, das heißt gleichzeitig oder zumindest teilweise gleichzeitig durchzuführen. Aufbaukomponenten A) und gegebenenfalls Komponente (ii) werden dabei in solchen Mengen eingesetzt, dass der Gehalt an copolymerisierbaren Doppelbindungen zwischen 0,5 und 6,0 mol/kg, bevorzugt zwischen 1 ,0 und 5,5 mol/kg, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 5,0 mol/kg nicht wässriger Bestandteile der Dispersion beträgt. Komponente (ii) wird zu 0 bis 65 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 35 Gew.-% eingesetzt, wobei sich die Komponenten (i) und (ii) zu 100 Gew.-% addieren. It is also possible to carry out the dispersion and distillation step in parallel, that is to say simultaneously or at least partly simultaneously. Building components A) and optionally component (ii) are used in amounts such that the content of copolymerizable double bonds between 0.5 and 6.0 mol / kg, preferably between 1, 0 and 5.5 mol / kg, more preferably between 1.5 and 5.0 mol / kg of non-aqueous constituents of the dispersion. Component (ii) is used at 0 to 65 wt .-%, preferably 0 to 40 wt .-%, particularly preferably 0 to 35 wt .-%, wherein the components (i) and (ii) to 100 wt. Add%.
Als Komponente A) eignen sich beispielsweise Polyester(meth)acrylate, Polyether(meth)acrylate, Polyetherester(meth)acrylaten, ungesättigten Polyester mit Allyletherstruktureinheiten und Polyepoxy(meth)acrylate mit einer OH-Zahl im Bereich von 15 bis 300 mg KOH/g Substanz sowie monohydroxyfunktionelle, (Meth)acrylatgruppen-haltige Alkohole. As component A) are, for example, polyester (meth) acrylates, polyether (meth) acrylates, polyether (meth) acrylates, unsaturated polyester with Allyletherstruktureinheiten and polyepoxy (meth) acrylates having an OH number in the range of 15 to 300 mg KOH / g Substance and monohydroxy-functional, (meth) acrylate-containing alcohols.
Von den Polyester(meth)acrylaten werden als Komponente A) die hydroxylgruppenhaltigen Polyester(meth)acrylate mit einer OH-Zahl im Bereich von 15 bis 300 mg KOH/g Substanz, bevorzugt von 60 bis 200 mg KOH/g Substanz eingesetzt. B ei der Herstellung der hydroxyfunktionellen Polyester(meth)acrylate als Komponente A) können insgesamt 7 Gruppen von Monomerbestandteilen zur Anwendung kommen: - - Of the polyester (meth) acrylates, the hydroxyl-containing polyester (meth) acrylates having an OH number in the range from 15 to 300 mg KOH / g substance, preferably from 60 to 200 mg KOH / g substance, are used as component A). In the preparation of the hydroxy-functional polyester (meth) acrylates as component A), a total of 7 groups of monomer constituents may be used: - -
Die erste Gruppe (a) enthält Alkandiole oder Diole oder Gemische dieser. Die Alkandiole weisen ein Molekulargewicht im Bereich von 62 bis 286 g/mol auf. Bevorzugt sind die Alkandiole ausgewählt aus der Gruppe von Ethandiol, 1,2- und 1 ,3-Propandiol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglykol, Cyclohexan-l,4-dimethanol, 1,2- und 1,4- Cyclohexandiol, 2-Ethyl-2-butylpropandiol. Bevorzugte Diole sind Ethersauerstoff-enthaltende Diole, wie Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylen- glykol, Polyethylen-, Polypropylen- oder Polybutylenglykole mit einem Zahlenmittel der Molmasse Mn im Bereich von 200 bis 4000, bevorzugt 300 bis 2000, besonders bevorzugt 450 bis 1200 g/mol. Umsetzungsprodukte der zuvor genannten Diole mit ε-Caprolacton oder anderen Lactonen können ebenfalls als Diole zum Einsatz gelangen. The first group (a) contains alkanediols or diols or mixtures of these. The alkanediols have a molecular weight in the range of 62 to 286 g / mol. Preferably, the alkanediols are selected from the group of ethanediol, 1,2- and 1, 3-propanediol, 1,2-, 1,3- and 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, Neopentyl glycol, cyclohexane-l, 4-dimethanol, 1,2- and 1,4-cyclohexanediol, 2-ethyl-2-butylpropanediol. Preferred diols are ether oxygen-containing diols, such as diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polyethylene, polypropylene or polybutylene glycols having a number average molecular weight Mn in the range from 200 to 4000, preferably 300 to 2000, particularly preferably 450 to 1200 g / mol. Reaction products of the aforementioned diols with ε-caprolactone or other lactones can also be used as diols.
Die zweite Gruppe (b) enthält drei- und höherwertige Alkohole mit einem Molekulargewicht im Bereich von 92 bis 254 g/mol und / oder auf diesen Alkoholen gestartete Polyether. Besonders bevorzugte drei- und höherwertige Alkohole sind Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit und Sorbit. Ein besonders bevorzugter Polyether ist das Umsetzungsprodukt von 1 mol Trimethylolpropan mit 4 mol Ethylenoxid. The second group (b) contains trihydric and higher alcohols having a molecular weight in the range of 92 to 254 g / mol and / or polyethers started on these alcohols. Particularly preferred trihydric and higher alcohols are glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol and sorbitol. A particularly preferred polyether is the reaction product of 1 mole of trimethylolpropane with 4 moles of ethylene oxide.
Die dritte Gruppe (c) enthält Monoalkohole. Besonders bevorzugte Monoalkohole sind ausgewählt aus der Gruppe von Ethanol, 1- und 2-Propanol, 1- und 2-Butanol, 1- Hexanol, 2-Ethylhexanol, Cyclohexanol und Benzylalkohol. The third group (c) contains monoalcohols. Particularly preferred monoalcohols are selected from the group of ethanol, 1- and 2-propanol, 1- and 2-butanol, 1-hexanol, 2-ethylhexanol, cyclohexanol and benzyl alcohol.
Die vierte Gruppe (d) enthält Dicarbonsäuren mit einem Molekulargewicht im Bereich von 104 bis 600 g/mol und / oder deren Anhydride. Bevorzugte Dicarbonsäuren und deren Anhydride sind ausgewählt aus der Gruppe von Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Tetra- hydrophthalsäure, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure- anhydrid, Cyclohexandicarbonsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure, hydrierte Dimere der Fettsäuren, wie sie unter der sechsten Gruppe (f) aufgelistet sind. The fourth group (d) contains dicarboxylic acids having a molecular weight in the range of 104 to 600 g / mol and / or their anhydrides. Preferred dicarboxylic acids and their anhydrides are selected from the group of phthalic acid, phthalic anhydride, isophthalic acid, tetrahydrophthalic acid, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic acid, hexahydrophthalic anhydride, cyclohexanedicarboxylic acid, maleic anhydride, fumaric acid, malonic acid, succinic acid, succinic anhydride, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, sebacic acid , Dodecanedioic acid, hydrogenated dimers of fatty acids as listed under the sixth group (f).
Die fünfte Gruppe (e) enthält Trimellithsäure oder Trimellithsäureanhydrid. The fifth group (e) contains trimellitic acid or trimellitic anhydride.
Die sechste Gruppe (f) enthält Monocarbonsäuren, wie z. B. Benzoesäure, Cyclohexancarbonsäure, 2-Ethylhexansäure, Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, und natürliche und synthetische Fettsäuren, wie z. B. Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Margarin-, Stearin-, Behen-, Cerotin-, Palmitolein, Öl-, Icosen-, Linol-, Linolen- und Arachidonsäure. - - The sixth group (f) contains monocarboxylic acids, such as. B. benzoic acid, cyclohexanecarboxylic acid, 2-ethylhexanoic acid, caproic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, and natural and synthetic fatty acids, such as. Lauric, myristic, palmitic, margarine, stearic, beehive, cerotin, palmitoleic, oleic, icosenic, linoleic, linolenic and arachidonic acids. - -
Die siebte Gruppe (g) enthält Acrylsäure, Methacrylsäure und / oder diniere Acrylsäure. The seventh group (g) contains acrylic acid, methacrylic acid and / or diniere acrylic acid.
Geeignete hydroxylgruppenhaltige Polyester(meth)acrylate A) enthalten das Umsetzungsprodukt von mindestens einem Bestandteil aus Gruppe (a) oder (b) mit mindestens einem Bestandteil aus Gruppe (d) oder (e) und mindestens einem Bestandteil aus Gruppe (g). Suitable hydroxyl-containing polyester (meth) acrylates A) comprise the reaction product of at least one constituent from group (a) or (b) with at least one constituent from group (d) or (e) and at least one constituent from group (g).
Besonders bevorzugte Bestandteile aus der Gruppe (a) sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethandiol, 1,2- und 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglykol, Cyclohexan-l,4-dimethanol, 1,2- und 1,4-Cyclohexandiol, 2-Ethyl-2-butylpropandiol, Ethersauerstoff enthaltende Diole, ausgewählt aus der Gruppe von Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, und Tripropylenglykol. Bevorzugte Bestandteile aus der Gruppe (b) sind ausgewählt aus der Gruppe von Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder das Umsetzungsprodukt von 1 mol Trimethylolpropan mit 4 mol Ethylenoxid. Besonders bevorzugte Bestandteile aus den Gruppen (d) bzw. (e) sind ausgewählt aus der Gruppe von Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Adipinsäure, Dodecandisäure, hydrierte Dimere der Fettsäuren, wie sie unter der 6. Gruppe (f) aufgelistet sind und Trimellithsäureanhydrid. Bevorzugter Bestandteil aus der Gruppe (g) ist Acrylsäure. Particularly preferred constituents from group (a) are selected from the group consisting of ethanediol, 1,2- and 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, cyclohexane-l, 4-dimethanol , 1,2- and 1,4-cyclohexanediol, 2-ethyl-2-butylpropanediol, ether oxygen-containing diols selected from the group consisting of diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, and tripropylene glycol. Preferred constituents from group (b) are selected from the group of glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol or the reaction product of 1 mol of trimethylolpropane with 4 mol of ethylene oxide. Particularly preferred constituents from groups (d) and (e) are selected from the group of phthalic anhydride, isophthalic acid, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic acid, hexahydrophthalic anhydride, maleic anhydride, fumaric acid, succinic anhydride, glutaric acid, adipic acid, dodecanedioic acid, hydrogenated dimers of fatty acids, as described in US Pat of the 6th group (f) and trimellitic anhydride. Preferred ingredient from group (g) is acrylic acid.
Gegebenenfalls können in diese Polyester(meth)acrylate auch aus dem Stand der Technik allgemein bekannte, dispergierend wirkende Gruppen eingebaut werden. So können als Alkoholkomponente anteilig Polyethylenglykole und / oder Methoxypolyethylenglykole verwendet werden. Als Verbindungen können auf Alkoholen gestartete Polyethylenglykole, Polypropylen- glykole und deren Blockcopolymere sowie die Monomethylether dieser Polyglykole verwendet werden. Besonders geeignet ist Polyethylenglykol-mono-methy lether mit einem Zahlenmittel der Molmasse Mn im Bereich von 500 bis 1500 g mol. Weiterhin ist es möglich, nach der Veresterung einen Teil der noch freien, nicht veresterten Carboxylgruppen, insbesondere die der (Meth)acrylsäure, mit Mono-, Di- oder Polyepoxiden umzusetzen. Bevorzugt als Epoxide sind die Glycidylether von monomerem, oligomerem oder polymerem Bisphenol- A, Bisphenol-F, Hexandiol und / oder Butandiol oder deren ethoxylierte und / oder propoxylierte Derivate. Diese Reaktion kann insbesondere zur Erhöhung der OH-Zahl des Polyester(meth)acrylats verwendet werden, da bei der Epoxid-Säure-Reaktion jeweils eine OH- Gruppe entsteht. Die Säurezahl des resultierenden Produkts liegt zwischen 0 und 20 mg KOH/g, bevorzugt zwischen 0 und 10 mg KOH/g und besonders bevorzugt zwischen 0 und 5 mg KOH/g - - Optionally, dispersing groups generally known from the prior art can also be incorporated into these polyester (meth) acrylates. For example, polyethylene glycols and / or methoxypolyethylene glycols may be proportionally used as the alcohol component. Alcohol-initiated polyethylene glycols, polypropylene glycols and their block copolymers and the monomethyl ethers of these polyglycols can be used as compounds. Particularly suitable is polyethylene glycol mono-methyl ether having a number average molecular weight Mn in the range from 500 to 1500 g mol. It is also possible, after esterification, to react some of the still free, non-esterified carboxyl groups, in particular those of (meth) acrylic acid, with mono-, di- or polyepoxides. Preferred as epoxides are the glycidyl ethers of monomeric, oligomeric or polymeric bisphenol A, bisphenol F, hexanediol and / or butanediol or their ethoxylated and / or propoxylated derivatives. This reaction can be used in particular to increase the OH number of the polyester (meth) acrylate, since in each case an OH group is formed in the epoxide-acid reaction. The acid number of the resulting product is between 0 and 20 mg KOH / g, preferably between 0 and 10 mg KOH / g and more preferably between 0 and 5 mg KOH / g - -
Substanz. Die Reaktion wird bevorzugt durch Katalysatoren wie Triphenylphosphin, Thiodiglykol, Ammonium- und / oder Phosphoniumhalogeniden und / oder Zirkon- oder Zinnverbindungen wie Zinn(II)ethylhexanoat katalysiert. Die Herstellung von Polyester(meth)acrylaten wird auf der Seite 3, Zeile 25 bis Seite 6, Zeile 24 der DE-A 4 040 290, auf Seite 5, Zeile 14 bis Seite 11, Zeile 30 der DE-A 3 316 592 und Seite 123 bis 135 von P. K. T. Oldring (Ed.) in Chemistry & Technology of UV & EB Formulations For Coatings, Inks & Paints, Vol. 2, 1991, SITA Technology, London, beschrieben. Substance. The reaction is preferably catalyzed by catalysts such as triphenylphosphine, thiodiglycol, ammonium and / or phosphonium halides and / or zirconium or tin compounds such as tin (II) ethylhexanoate. The preparation of polyester (meth) acrylates is on page 3, line 25 to page 6, line 24 of DE-A 4 040 290, on page 5, line 14 to page 11, line 30 of DE-A 3 316 592 and Page 123 to 135 of PKT Oldring (Ed.) In Chemistry & Technology of UV & EB Formulations For Coatings, Inks & Paints, Vol. 2, 1991, SITA Technology, London.
Ebenfalls geeignet als Komponente A) sind hydroxylgruppenhaltige Polyether(meth)acrylate, die aus der Umsetzung von Acrylsäure und / oder Methacrylsäure mit Polyethern hervorgehen, so z. B. Homo-, Co- oder Blockcopolymerisate von Ethylenoxid, Propylenoxid und / oder Tetrahydrofuran auf beliebigen hydroxyfunktionellen Startermolekülen, wie z. B. Trimethylolpropan, Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylengykol, Glycerin, Pentaerythrit, Neopentylglykol, Butandiol und Hexandiol. Also suitable as component A) are hydroxyl-containing polyether (meth) acrylates, which arise from the reaction of acrylic acid and / or methacrylic acid with polyethers, such. B. homo-, co- or block copolymers of ethylene oxide, propylene oxide and / or tetrahydrofuran on any hydroxy-functional starter molecules, such as. B. trimethylolpropane, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, Dipropylengykol, glycerol, pentaerythritol, neopentyl glycol, butanediol and hexanediol.
Ebenfalls geeignet als Komponente A) sind die an sich bekannten hydroxylgruppenhaltigen Epoxy(meth)acrylate mit einer OH-Zahl im Bereich von 20 bis 300 mg KOH/g, bevorzugt von 100 bis 280 mg KOH/g, besonders bevorzugt von 150 bis 250 mg KOH/g oder hydroxylgruppenhaltige Polyurethan(meth)acrylate mit einer OH-Zahl im Bereich von 20 bis 300 mg KOH/g, bevorzugt von 40 bis 150 mg KOH/g, besonders bevorzugt von 50 bis 140 mg KOH/g. Solche Verbindungen werden ebenfalls auf Seite 37 bis 56 in P. K. T. Oldring (Ed.), Chemistry & Technology of UV & EB Formulations For Coatings, Inks & Paints, Vol. 2, 1991, SITA Technology, London beschrieben. Hydroxylguppenhaltige Epoxy(meth)acrylate basieren insbesondere auf Umsetzungsprodukten von Acrylsäure und / oder Methacrylsäure mit Epoxiden (Glycidyl- Verbindungen) von monomeren, oligomeren oder polymeren Bisphenol- A, Bisphenol-F, Hexandiol und / oder Butandiol oder deren ethoxylierten und / oder propoxylierten Derivaten. Hydroxylgruppenhaltige Epoxy(meth)acrylate umfassen ebenfalls die Additionsprodukte von Acrylsäure und / oder Methacrylsäure mit Epoxiden ungesättigter Fette (Fettsäuretriglyceride), wie z. B. Photomer® 3005 F (Fa. Cognis, Düsseldorf, DE). Likewise suitable as component A) are the known hydroxyl-containing epoxy (meth) acrylates having an OH number in the range from 20 to 300 mg KOH / g, preferably from 100 to 280 mg KOH / g, more preferably from 150 to 250 mg KOH / g or hydroxyl-containing polyurethane (meth) acrylates having an OH number in the range of 20 to 300 mg KOH / g, preferably from 40 to 150 mg KOH / g, more preferably from 50 to 140 mg KOH / g. Such compounds are also described on page 37-56 in PKT Oldring (Ed.), Chemistry & Technology of UV & EB Formulations For Coatings, Inks & Paints, Vol. 2, 1991, SITA Technology, London. Hydroxyl-containing epoxy (meth) acrylates are based in particular on reaction products of acrylic acid and / or methacrylic acid with epoxides (glycidyl compounds) of monomeric, oligomeric or polymeric bisphenol A, bisphenol F, hexanediol and / or butanediol or their ethoxylated and / or propoxylated derivatives , Hydroxyl-containing epoxy (meth) acrylates also include the addition products of acrylic acid and / or methacrylic acid with epoxides of unsaturated fats (fatty acid triglycerides), such as. B. Photomer ® 3005 F (Fa. Cognis, Dusseldorf, Germany).
Bevorzugte ungesättigte Gruppen enthaltende Verbindungen als Komponente A) sind ausgewählt aus der Gruppe der Polyester(meth)acrylate, Polyether(meth)acrylate, Polyetherester(meth)acrylate und Polyepoxy(meth)acrylate, welche neben den ungesättigten Gruppen noch Hydroxylgruppen aufweisen. Preferred unsaturated group-containing compounds as component A) are selected from the group of polyester (meth) acrylates, polyether (meth) acrylates, polyether (meth) acrylates and polyepoxy (meth) acrylates, which in addition to the unsaturated groups still have hydroxyl groups.
Ebenfalls geeignet als Komponente A) sind monohydroxyfunktionelle, (Meth)acrylatgruppen- haltige Alkohole. Bei solchen monohydroxyfunktionellen, (Meth)acrylatgruppen-haltigen - - Also suitable as component A) are monohydroxy-functional, (meth) acrylate-containing alcohols. In such monohydroxyfunktionellen, (meth) acrylate groups-containing - -
Alkoholen handelt es sich beispielsweise um 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, Caprolacton- verlängerte Modifikationen von 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat wie Pemcure® 12A (Cognis, DE), 2- Hydroxypropyl(meth)acrylat, 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat, 3-Hydroxy-2,2-dimethylpropyl(meth)- acrylat, die im Mittel monohydroxyfünktionellen Di-, Tri- oder Penta(meth)acrylate mehrwertiger Alkohole wie Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit, ethoxyliertes, propoxyliertes oder alkoxyliertes Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit oder deren technische Gemische. Alcohols are, for example, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, caprolactone-lengthened modifications of 2-hydroxyethyl (meth) acrylate such as Pemcure ® 12A (Cognis, DE), 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 3-hydroxy-2,2-dimethylpropyl (meth) acrylate, the average monohydroxyfünktionellen di-, tri- or penta (meth) acrylates of polyhydric alcohols such as trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, ditrimethylolpropane, dipentaerythritol, ethoxylated, propoxylated or alkoxylated Trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, ditrimethylolpropane, dipentaerythritol or their technical mixtures.
Außerdem können auch Alkohole, die sich aus der Umsetzung von doppelbindungshaltigen Säuren mit gegebenenfalls doppelbindungshaltigen, monomeren Epoxidverbindungen erhalten lassen, als monohydroxyfunktionelle, (Meth)acrylatgruppen-haltige Alkohole eingesetzt werden. Bevorzugte Umsetzungsprodukte sind ausgewählt aus der Gruppe von (Meth)acrylsäure mit Glycidyl- (meth)acrylat oder dem Glycidylester tertiärer, gesättigter Monocarbonsäure. Tertiäre, gesättigte Monocarbonsäuren sind beispielsweise 2,2-Dimethylbuttersäure, Ethylmethylbutter-, Ethylmethylpentan-, Ethylmethylhexan-, Ethylmethylheptan- und / oder Ethylmethyloktansäure. In addition, alcohols which can be obtained from the reaction of double-bond-containing acids with optionally double-bond-containing, monomeric epoxide compounds can also be used as monohydroxy-functional, (meth) acrylate-containing alcohols. Preferred reaction products are selected from the group of (meth) acrylic acid with glycidyl (meth) acrylate or the glycidyl ester tertiary, saturated monocarboxylic acid. Tertiary, saturated monocarboxylic acids are, for example, 2,2-dimethylbutyric acid, ethylmethylbutyric, ethylmethylpentane, ethylmethylhexane, ethylmethylheptane and / or ethylmethyloctanoic acid.
Besonders bevorzugt als monohydroxyfunktionelle, (Meth)acrylatgruppen-haltige Alkohole als Komponente A) sind 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, Pentaerythrittriacrylat, Dipentaerythritpentaacrylat und das Additionsprodukt aus Ethylmethylheptansäureglycidylester mit (Meth)acrylsäure und deren technische Gemische, ganz besonders bevorzugt ist 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat. Particularly preferred as monohydroxy-functional, (meth) acrylate-containing alcohols as component A) are 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, pentaerythritol triacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate and the addition product of Ethylmethylheptansäureglycidylester with (meth) acrylic acid and their technical mixtures , very particularly preferred is 2-hydroxyethyl (meth) acrylate.
Die unter Komponente A) aufgezählten Verbindungen können für sich alleine oder auch als Mischungen verwendet werden. The listed under component A) compounds can be used alone or as mixtures.
Die Komponente B) enthält monomere Mono-, Di- und / oder Triole jeweils mit einem Molekulargewicht von 32 bis 240 g/mol, wie z. B. Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 1-Butanol, 1- Pentanol, 1-Hexanol, 2-Propanol, 2-Butanol, 2-Ethylhexanol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, 1 ,2-Propandiol, 1,3- Propandiol, 1,4-Butandiol, Neopentylglykol, 2-Ethyl-2-butylpropandiol, Trimethylpentandiol, 1,3- Butylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,6-Hexandiol, 1,2- und 1 ,4-Cyclohexandiol, hydriertes Bisphenol A (2,2-Bis(4-hydroxycyclohexyl)propan), von Dimerfettsäuren abgeleitete Diole, 2,2- Dimethyl-3 -hydroxypropionsäure-(2,2-dimethyl-3 -hydroxypropylester), Glycerin, Trimethylol- ethan, Trimethylolpropan, Trimethylolbutan und / oder Rizinusöl. Bevorzugt sind Neopentylglykol, 1,4-Butandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,6-Hexandiol und / oder Trimethylolpropan. - - Component B) contains monomeric mono-, di- and / or triols each having a molecular weight of 32 to 240 g / mol, such as. Methanol, ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, 1-hexanol, 2-propanol, 2-butanol, 2-ethylhexanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, 1, 2 Propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, 2-ethyl-2-butylpropanediol, trimethylpentanediol, 1,3-butylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,6-hexanediol, 1,2- and 1 , 4-cyclohexanediol, hydrogenated bisphenol A (2,2-bis (4-hydroxycyclohexyl) propane), dimer fatty acid derived diols, 2,2-dimethyl-3-hydroxypropionic acid (2,2-dimethyl-3-hydroxypropyl ester), glycerol , Trimethylol- ethane, trimethylolpropane, trimethylolbutane and / or castor oil. Preference is given to neopentyl glycol, 1,4-butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,6-hexanediol and / or trimethylolpropane. - -
Des Weiteren enthält Komponente B) oligomere und / oder polymere, hydroxyfunktionelle Verbindungen. Diese oligomeren und / oder polymeren, hydroxyfunktionellen Verbindungen sind beispielsweise Polyester, Polycarbonate, Polyethercarbonatpolyole, C2-, C3-, und / oder C4- Polyether, Polyetherester, Polycarbonatpolyester mit einer Funktionalität von 1 ,0 bis 3,0, jeweils mit einem Gewichtsmittel der Molmasse Mw im Bereich von 300 bis 4000, bevorzugt 500 bis 2500 g/mol. Furthermore, component B) contains oligomeric and / or polymeric, hydroxy-functional compounds. These oligomeric and / or polymeric, hydroxy-functional compounds are, for example, polyesters, polycarbonates, polyethercarbonate polyols, C2, C3 and / or C4 polyethers, polyetheresters, polycarbonate polyesters having a functionality of 1.0 to 3.0, each with a weight average of Molar mass Mw in the range of 300 to 4000, preferably 500 to 2500 g / mol.
Hydroxyfunktionelle Polyesteralkohole sind solche auf Basis von Mono-, Di- und Tricarbonsäuren mit monomeren Di- und Triolen, wie sie bereits als Komponente B) aufgezählt wurden, sowie Polyesteralkohole auf Lacton-Basis. Bei den Carbonsäuren handelt es sich zum Beispiel um Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Trimellithsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Tetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure, hydrierte Dimere der Fettsäuren sowie gesättigte und ungesättige Fettsäuren, wie z. B. Palmitinsäure, Stearinsäure, Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Rizinolsäure und deren technische Gemische. Von den Di- und Tricarbonsäuren können auch die analogen Anhydride verwendet werden. Hydroxy-functional polyester alcohols are those based on mono-, di- and tricarboxylic acids with monomeric di- and triols, as have already been enumerated as component B), and lactone-based polyester alcohols. The carboxylic acids are, for example, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, tetrahydrophthalic acid, hexahydrophthalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, pimelic acid, suberic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, hydrogenated dimers of fatty acids and saturated and unsaturated fatty acids , such as As palmitic acid, stearic acid, myristoleic acid, palmitoleic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, ricinoleic acid and their technical mixtures. Of the di- and tricarboxylic acids, the analog anhydrides can also be used.
Hydroxyfunktionelle Polyetherole sind beispielsweise durch Polymerisation von cyclischen Ethern oder durch Umsetzung von Alkylenoxiden mit einem Startermolekül erhältlich. Hydroxy-functional polyetherols are obtainable, for example, by polymerization of cyclic ethers or by reacting alkylene oxides with a starter molecule.
Hydroxyfunktionelle Polycarbonate sind hydroxyl-terminierte Polycarbonate, die durch Umsetzung von Diolen, Lacton-modifizierten Diolen oder Bisphenolen, z. B. Bisphenol A, mit Phosgen oder Kohlensäurediestern, wie Diphenylcarbonat oder Dimethylcarbonat, zugängliche Polycarbonate. Hydroxyfunktionelle Polyethercarbonatpolyole sind solche, wie sie zum Aufbau von Polyurethandispersionen in DE 102008000478 beschrieben werden. Hydroxy-functional polycarbonates are hydroxyl-terminated polycarbonates prepared by reacting diols, lactone-modified diols or bisphenols, eg. As bisphenol A, with phosgene or carbonic diesters, such as diphenyl carbonate or dimethyl carbonate, accessible polycarbonates. Hydroxy-functional polyether carbonate polyols are those as described for the construction of polyurethane dispersions in DE 102008000478.
Die Komponente C) sind Polyisocyanate ausgewählt aus der Gruppe von aromatischen, araliphatischen, aliphatischen oder cycloaliphatischen Polyisocyanaten oder Mischungen solcher Polyisocyanate. Geeignete Polyisocyanate sind z. B. 1,3-Cyclohexandiisocyanat, 1 -Methyl-2,4- diisocyanato-cyclohexan, l-Methyl-2,6-diisocyanato-cyclohexan, Tetramethylendiis ocyanat, 4,4'- Diisocyanatodiphenylmethan, 2,4'-Diisocyanatodiphenylmethan, 2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Di- isocyanatotoluol, α,α,α,'α,'-Tetra-methyl-m- oder p-Xylylendiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiiso- cyanat, l-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat oder IPDI), 4,4 -Diisocyanato-dicyclohexylmethan, 4-Isocyanatomethyl-l,8-octan-diisocyanat (Triiso- cyanatononan, TIN) (EP-A 928 799), Homologe bzw. Oligomere dieser aufgezählten - - Component C) are polyisocyanates selected from the group of aromatic, araliphatic, aliphatic or cycloaliphatic polyisocyanates or mixtures of such polyisocyanates. Suitable polyisocyanates are, for. B. 1,3-cyclohexane diisocyanate, 1-methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexane, l-methyl-2,6-diisocyanato-cyclohexane, tetramethylene diisocyanate, 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane, 2,4'-diisocyanatodiphenylmethane, 2nd , 4-diisocyanatotoluene, 2,6-diisocyanatotoluene, α, α, α, 'α,' - tetra-methyl-m- or p-xylylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 1-isocyanato-3,3 , 5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (isophorone diisocyanate or IPDI), 4,4-diisocyanato-dicyclohexylmethane, 4-isocyanatomethyl-l, 8-octane-diisocyanate (triiso-cyanatononane, TIN) (EP-A 928 799), homologs or Oligomers of these enumerated - -
Polyisocyanate mit Biuret-, Carbodiimid-, Isocyanurat-, Allophanat-, Iminooxadiazindion- und / oder Uretdiongruppen und deren Mischungen. Polyisocyanates with biuret, carbodiimide, isocyanurate, allophanate, iminooxadiazinedione and / or uretdione groups and mixtures thereof.
Ebenfalls geeignet als Komponente C) sind Verbindungen mit mindestens zwei freien Isocyanatgruppen, mindestens einer Allophanatgruppe und mindestens einer üb er die Allophanatgruppe gebundenen, radikalisch polymerisierbaren C=C-Doppelbindung, wie sie als Komponente a) in WO 2006089935 AI beschrieben werden. Likewise suitable as component C) are compounds having at least two free isocyanate groups, at least one allophanate group and at least one free-radically polymerizable C =C double bond bonded to the allophanate group, as described as component a) in WO 2006089935 A1.
Bevorzugt als Komponente C) sind 1,6-Hexamethylendiisocyanat, l-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5- isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat oder IPDI) und 4,4'-Diisocyanato- dicyclohexylmethan, Homologe bzw. Oligomere von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1 -Isocyanato- 3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat oder IPDI) und 4,4'- Diisocyanato-dicyclohexylmethan mit Biuret-, Carbodiimid-, Isocyanurat-, Allophanat-, Iminooxadiazindion- und / oder Uretdiongruppen und deren Mischungen. Ganz besonders bevorzugt ist 4,4 '-Diisocyanato-dicyclohexylmethan. Preferred as component C) are 1,6-hexamethylene diisocyanate, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (isophorone diisocyanate or IPDI) and 4,4'-diisocyanato-dicyclohexylmethane, homologues or oligomers of 1.6 Hexamethylene diisocyanate, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (isophorone diisocyanate or IPDI) and 4,4'-diisocyanato-dicyclohexylmethane with biuret, carbodiimide, isocyanurate, allophanate, iminooxadiazinedione and / or Uretdione groups and their mixtures. Very particular preference is given to 4,4'-diisocyanato-dicyclohexylmethane.
Die Komponente D) umfasst Verbindungen mit mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Gruppe und zusätzlich mindestens einer kationischen und/oder potentiell kationischen Gruppe. Die potentiell kationischen Gruppen werden beispielsweise durch Salzbildung in die entsprechenden kationischen Gruppen überführt. Geeignete kationische Gruppen sind Ammoniumgruppen, potentiell kationische Gruppen sind primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen, besonders bevorzugte potentiell kationische Gruppen sind tertiäre Aminogruppen. Bevorzugt geeignete isocyanatreaktive Gruppen sind Hydroxyl-, primäre und oder sekundäre Aminogruppen. Als Komponente D) geeignete Verbindungen mit potentiell kationischen Gruppen sind beispielsweise Ethanolamin, 3-Hydroxy-l-methylpiperidin, 4-(2-Hydroxyethyl)morpholin, l-(2- Hydroxyethyl)pyrrolidin-2-on, Diethanolamin, Triethanolamin, 2-Propanolamin, Dipropanolamin, Tripropanolamin, N-Methylethanolamin, N-Methyl-diethanoHamin und N,N- Dimethylethanolamin, bevorzugt Triethanolamin, Tripropanolamin, N-Methylethanolamin, N- Methyl-diethanolamin und Ν,Ν-Dimethylethanolamin, besonders bevorzugt N-Methyl- diethanolamin und N,N-Dimethylethanolamin. Component D) comprises compounds having at least one isocyanate-reactive group and additionally at least one cationic and / or potentially cationic group. The potentially cationic groups are converted, for example, by salt formation into the corresponding cationic groups. Suitable cationic groups are ammonium groups, potentially cationic groups are primary, secondary or tertiary amino groups, particularly preferred potentially cationic groups are tertiary amino groups. Preferably suitable isocyanate-reactive groups are hydroxyl, primary and / or secondary amino groups. As component D) suitable compounds with potentially cationic groups are, for example, ethanolamine, 3-hydroxy-1-methylpiperidine, 4- (2-hydroxyethyl) morpholine, 1- (2-hydroxyethyl) pyrrolidin-2-one, diethanolamine, triethanolamine, 2- Propanolamine, dipropanolamine, tripropanolamine, N-methylethanolamine, N-methyl-diethanolamine and N, N-dimethylethanolamine, preferably triethanolamine, tripropanolamine, N-methylethanolamine, N-methyl-diethanolamine and Ν, Ν-dimethylethanolamine, more preferably N-methyl-diethanolamine and N, N-dimethylethanolamine.
Die potentiell kationischen Gruppen werden durch Umsetzung mit Neutralisationsmitteln, wie z. B. anorganische Säuren, wie beispielsweise Salzsäure, Phosphorsäure und / oder Schwefelsäure, und / oder organischen Säuren, wie beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure, Methan-, Ethan- und / oder p-Toluolsulfonsäure, in die entsprechenden Salze überführt. Der Neutralisationsgrad liegt dabei bevorzugt zwischen 50 und 125%. Der Neutralisationsgrad ist bei - - The potentially cationic groups are converted by reaction with neutralizing agents, such as. As inorganic acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid and / or sulfuric acid, and / or organic acids such as formic acid, acetic acid, lactic acid, methane, ethane and / or p-toluenesulfonic acid, converted into the corresponding salts. The degree of neutralization is preferably between 50 and 125%. The degree of neutralization is at - -
Basen-funktionalisierten Polymeren definiert als Quotient aus Säure und Base. Liegt der Neutralisationsgrad über 100%, so wird bei Basen-funktionalisierten Polymeren mehr Säure zugegeben als Basegruppen im Polymer vorhanden sind. Die unter Komponente D) aufgeführten Verbindungen können auch in Mischungen verwendet werden. Base-functionalized polymers defined as quotient of acid and base. If the degree of neutralization is more than 100%, more acid is added to base-functionalized polymers than base groups are present in the polymer. The compounds listed under component D) can also be used in mixtures.
Die unter Komponente D) aufgeführten Verbindungen werden in solchen Mengen in das Polyurethan(meth)acrylat (i) eingebaut, dass Aminzahlen (theoretisch berechnet oder gemäß DIN 53176 bestimmt) von bevorzugt 8 bis 25, besonders bevorzugt 12 bis 20 mg KOH/g Substanz für das Polyurethan(meth)acrylat (i) erhalten werden. The compounds listed under component D) are incorporated into the polyurethane (meth) acrylate (i) in amounts such that amine numbers (calculated theoretically or determined in accordance with DIN 53176) of preferably 8 to 25, particularly preferably 12 to 20, mg KOH / g of substance for the polyurethane (meth) acrylate (i).
Geg ebenenfalls werden zur Erhöhung der Molmasse der erfindungsgemäßen Polyurethan(meth)acrylate (i) Mono- und Diamine und / oder mono- oder difunktionelle Aminoalkohole als Komponente E) verwendet. Bevorzugte Diamine sind solche, die gegenüber den Isocyanatgruppen reaktiver sind als Wasser, da die Verlängerung des Polyesterurethan(meth)- acrylats gegebenenfalls im wässrigen Medium stattfindet. Besonders bevorzugt sind die Diamine ausgewählt aus der Gruppe von Ethylendiamin, 1 ,6-Hexamethylendiamin, Isophorondiamin, 1,3-, 1 ,4-Phenylendiamin, Piperazin, 4,4'-Diphenylmethandiamin, aminofunktionelle Polyethylenoxide, aminofunktionelle Polypropylenoxide (bekannt unter dem Namen Jeffamin® D-Reihe [Huntsman Corp. Europe, Zavantem, Belgien]) und Hydrazin. Ganz besonders bevorzugt ist Ethylendiamin. If appropriate, to increase the molecular weight of the polyurethane (meth) acrylates according to the invention (i) mono- and diamines and / or mono- or difunctional amino alcohols are used as component E). Preferred diamines are those which are more reactive towards the isocyanate groups than water, since the extension of the polyester urethane (meth) acrylate optionally takes place in an aqueous medium. The diamines are particularly preferably selected from the group consisting of ethylenediamine, 1,6-hexamethylenediamine, isophoronediamine, 1,3-, 1,4-phenylenediamine, piperazine, 4,4'-diphenylmethanediamine, amino-functional polyethylene oxides, amino-functional polypropylene oxides (known by the name Jeffamin® D series [Huntsman Corp. Europe, Zavantem, Belgium]) and hydrazine. Very particular preference is given to ethylenediamine.
Bevorzugte Monoamine sind ausgewählt aus der Gruppe von Butylamin, Ethylamin und Amine der Jeffamin® M-Reihe (Huntsman Corp. Europe, Zavantem, Belgien), aminofunktionelle Poly- ethylenoxide, aminofunktionelle Polypropylenoxide und / oder Aminoalkohole. Preferred monoamines are selected from the group of butylamine, ethylamine and amines of the Jeffamin® M series (Huntsman Corp. Europe, Zavantem, Belgium), amino-functional polyethylene oxides, amino-functional polypropylene oxides and / or amino alcohols.
Die Komponente (ii) sind Reaktivverdünner, unter denen Verbindungen zu verstehen sind, die mindestens eine radikalisch polymerisierbare Gruppe, bevorzugt Acrylat- und Methacrylatgruppen, und bevorzugt keine gegenüber Isocyanat- oder Hydroxygruppen reaktiven Gruppen enthalten. Bevorzugte Verbindungen (ii) weisen 2 bis 6 (Meth)acrylatgruppen auf, besonders bevorzugte 4 bis 6. Component (ii) are reactive diluents, which are compounds which contain at least one free-radically polymerizable group, preferably acrylate and methacrylate groups, and preferably no groups reactive toward isocyanate or hydroxy groups. Preferred compounds (ii) have 2 to 6 (meth) acrylate groups, more preferably 4 to 6.
Besonders bevorzugte Verbindungen (ii) weisen einen Siedepunkt von mehr als 200 °C bei Normaldruck auf. - - Particularly preferred compounds (ii) have a boiling point of more than 200 ° C at atmospheric pressure. - -
Reaktiwerdünner sind allgemein in P. K. T. Oldring (Herausgeber), Chemistry & Technology of UV & EB Formulations for Coatings, Inks & Paints, Vo. II, Chapter III: Reactive Diluents for UV & EB Curable Formulations, Wiley and SITA Technology, London 1997 beschrieben. Reactive thinners are generally described in P.K. Oldring (eds.), Chemistry & Technology of UV & EB Formulations for Coatings, Inks & Paints, Vo. II, Chapter III: Reactive Diluents for UV & EB Curable Formulations, Wiley and SITA Technology, London 1997.
Reaktiwerdünner sind beispielsweise die mit (Meth)acrylsäure vollständig veresterten Alkohole Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 1-Butanol, 1-Pentanol, 1-Hexanol, 2-Propanol, 2-Butanol, 2- Ethylhexanol, Dihydrodicyclopentadienol, Tetrahydrofurfurylalkohol, 3,3,5-Trimethylhexanol, Octanol, Decanol, Dodecanol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetra- ethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, 1 ,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4- Butandiol, Neopentylglykol, 2-Ethyl-2-butylpropandiol, Trimethylpentandiol, 1,3-Butylenglykol, 1 ,4-Cyclohexandimethanol, 1,6-Hexandiol, 1,2- und 1 ,4-Cyclohexandiol, hydriertes Bisphenol A (2,2-Bis(4-hydroxycyclohexyl)propan), Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan Trimethyl- olbutan, Pentaerythrit, Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit, Sorbitol sowie ethoxylierte und / oder propoxylierte Derivate der aufgeführten Alkohole und die bei der (Meth)acrylierung der vorgenannten Verbindungen anfallenden technischen Gemische. Reactive thinners are, for example, the alcohols completely esterified with (meth) acrylic acid, methanol, ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, 1-hexanol, 2-propanol, 2-butanol, 2-ethylhexanol, dihydrodicyclopentadienol, tetrahydrofurfuryl alcohol, 3 3,5-trimethylhexanol, octanol, decanol, dodecanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, 2-ethyl 2-butylpropanediol, trimethylpentanediol, 1,3-butylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,6-hexanediol, 1,2- and 1,4-cyclohexanediol, hydrogenated bisphenol A (2,2-bis (4-hydroxycyclohexyl) propane ), Glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane, trimethylolbutane, pentaerythritol, ditrimethylolpropane, dipentaerythritol, sorbitol and ethoxylated and / or propoxylated derivatives of the alcohols listed and the technical mixtures obtained in the (meth) acrylation of the abovementioned compounds.
Die Komponente (ii) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe von (Meth)acrylaten von Tetrolen und Hexolen, wie (Meth)acrylate von Pentaerythrit, Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit, Sorbitol, ethoxyliertes, propoxyliertes oder alkoxyliertes Pentaerythrit, Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit, Sorbitol sowie ethoxylierte und / oder propoxylierte Derivate der aufgeführten Alkohole und die bei der (Meth)acrylierung der vorgenannten Verbindungen anfallenden technischen Gemische.Component (ii) is preferably selected from the group of (meth) acrylates of tetrols and hexols, such as (meth) acrylates of pentaerythritol, ditrimethylolpropane, dipentaerythritol, sorbitol, ethoxylated, propoxylated or alkoxylated pentaerythritol, ditrimethylolpropane, dipentaerythritol, sorbitol and ethoxylated and or propoxylated derivatives of the alcohols listed and the technical mixtures obtained in the (meth) acrylation of the abovementioned compounds.
Gegenstand der Erfindung sind auch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten strahlenhärtbaren, wässrige Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i). The invention also provides the radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) prepared by the process according to the invention.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten strahlenhärtbaren, wässrigen Dispersionen zur Herstellung von Beschichtungen insbesondere von Lacken und Klebstoffen. The invention also provides the use of the radiation-curable, aqueous dispersions prepared by the process according to the invention for the production of coatings, in particular of paints and adhesives.
Die erfindungsgemäßen Dispersionen ergeben nach Entfernen des Wassers mit üblichen Methoden, wie Wärme, Wärmestrahlung, bewegter ggf. getrockneter Luft und / oder Mikrowellen, klare Filme. Durch anschließende strahlenchemisch und / oder radikalisch induzierte Vernetzung härten die Filme zu besonders hochwertigen und chemikalienresistenten Lacküberzügen aus. The dispersions according to the invention give clear films after removal of the water by customary methods, such as heat, heat radiation, moving optionally dried air and / or microwaves. Subsequent radiation-chemically and / or free-radically induced crosslinking, the films cure to form high-quality and chemical-resistant lacquer coatings.
Zur strahlenchemisch induzierten Polymerisation ist elektromagnetische Strahlung geeignet, deren Energie, gegebenenfalls unter Zusatz von geeigneten Photoinitiatoren, ausreicht, um eine radikalische Polymerisation von (Meth)acrylat-Doppelbindungen zu bewirken. - - For radiation-chemically induced polymerization, electromagnetic radiation is suitable whose energy, optionally with the addition of suitable photoinitiators, is sufficient to effect a radical polymerization of (meth) acrylate double bonds. - -
Bevorzugt erfolgt die strahlenchemisch induzierte Polymerisation mittels Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner 400 nm, wie UV-, Elektronen-, Röntgen- oder Gamma-Strahlen. Besonders bevorzugt ist die UV-Strahlung, wobei die Härtung mit UV-Strahlung in Gegenwart von Fotoinitiatoren ausgelöst wird. Bei den Fotoinitiatoren wird prinzipiell zwischen zwei Typen unterschieden, dem unimolekularen (Typ I) und dem bimolekularen (Typ II). Geeignete (Typ I)- Systeme sind aromatische Ketonverbindungen, wie z. B. Benzophenone in Kombination mit tertiären Aminen, Alkylbenzophenone, 4,4'-Bis(dimethylamino)benzophenon (Michlers Keton), Anthron und halogenierte Benzophenone oder Mischungen der genannten Typen. Weiter geeignet sind (Typ II) -Initiatoren wie Benzoin und seine Derivate, Benzilketale, Acylphosphinoxide, 2,4,6- Trimethyl-benzoyl-diphenylphosphinoxid, Bisacylphosphinoxide, Phenylglyoxylsäureester, Cam- pherchinon, a-Aminoalkylphenone, α,α-Dialkoxyacetophenone und ct-Hydroxyalkylphenone. Bevorzugt sind Fotoinitiatoren, die leicht in wässrige Beschichtungsmittel einzuarbeiten sind. Solche Produkte sind beispielsweise Irgacure® 500 (eine Mischung von Benzophenon und (1- Hydroxycyclohexyl)phenylketon, Fa. Ciba, Lampertheim, DE), Irgacure® 819 DW (Phenylbis-(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphinoxid, Fa. Ciba, Lampertheim, DE), Esacure® KIP EM (01igo-[2- hydroxy-2-methyl-l-[4-(l-methylvinyl)-phenyl]-propanone], Fa. Lamberti, Aldizzate, Italien). Es können auch Gemische dieser Verbindungen eingesetzt werden. The radiation-induced polymerization preferably takes place by means of radiation having a wavelength of less than 400 nm, such as UV, electron, X-ray or gamma rays. Particularly preferred is the UV radiation, wherein the curing is initiated with UV radiation in the presence of photoinitiators. In the case of the photoinitiators, a distinction is in principle made between two types, the unimolecular (type I) and the bimolecular (type II). Suitable (Type I) systems are aromatic ketone compounds, such as. As benzophenones in combination with tertiary amines, alkylbenzophenones, 4,4'-bis (dimethylamino) benzophenone (Michler's ketone), anthrone and halogenated benzophenones or mixtures of the types mentioned. Also suitable are (type II) initiators such as benzoin and its derivatives, benzil ketals, acylphosphine oxides, 2,4,6-trimethyl-benzoyl-diphenylphosphine oxide, bisacylphosphine oxides, phenylglyoxylic acid esters, camphorquinone, α-aminoalkylphenones, α, α-dialkoxyacetophenones and ct -Hydroxyalkylphenone. Preference is given to photoinitiators which are easy to incorporate into aqueous coating compositions. Such products are, for example, Irgacure ® 500 (a mixture of benzophenone and (1-hydroxycyclohexyl) phenyl ketone, Fa. Ciba, Lampertheim, DE), Irgacure ® 819 DW (Phenylbis- (2, 4, 6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide, Fa. Ciba, Lampertheim, DE), Esacure ® KIP EM (01igo- [2- hydroxy-2-methyl-l- [4- (l-methylvinyl) phenyl] -propanone], Fa. Lamberti, Aldizzate, Italy). It is also possible to use mixtures of these compounds.
Zur Einarbeitung der Photoinitiatoren können auch polare Lösemittel, wie z. B. Aceton und Isopropanol, verwendet werden. For incorporation of the photoinitiators and polar solvents, such as. As acetone and isopropanol can be used.
Vorteilhaft wird die UV-Härtung bei 30 bis 70 °C durchgeführt, weil bei höherer Temperatur der Umsetzungsgrad an (Meth)acrylatgruppen tendenziell erhöht ist. Dies kann bessere Beständigkeitseigenschaften zur Folge haben. Allerdings ist bei der UV-Härtung eine mögliche Temperaturempfindlichkeit des Substrats zu berücksichtigen, so dass optimale Härtungsbedingungen für eine bestimmte Beschichtungsmittel-Substrat-Kombination vom Fachmann in einfachen Vorversuchen zu ermitteln sind. Advantageously, the UV curing is carried out at 30 to 70 ° C, because at higher temperature, the degree of conversion of (meth) acrylate groups tends to increase. This can result in better resistance properties. However, in the case of UV curing, a possible temperature sensitivity of the substrate must be taken into consideration, so that optimum curing conditions for a particular coating agent / substrate combination are to be determined by the person skilled in the art in simple preliminary experiments.
Der oder die Strahler, die die radikalische Polymerisation auslösen, können dabei ortsfest sein und das beschichtete Substrat wird durch geeignete übliche Vorrichtungen am Strahler vorbeibewegt oder die Strahler sind durch übliche Vorrichtungen beweglich, so dass die beschichteten Substrate während der Härtung ortsfest sind. Es ist auch möglich die Bestrahlung z. B. in Kammern durchzuführen, bei denen das beschichtete Substrat in die Kammer eingebracht wird, anschließend die Strahlung für einen bestimmten Zeitraum eingeschaltet wird, und nach der Bestrahlung das Substrat wieder aus der Kammer entfernt wird. - - The radiator (s) which initiate the radical polymerization can be stationary and the coated substrate is moved past the radiator by means of suitable conventional devices, or the radiators are movable by conventional means, so that the coated substrates are stationary during curing. It is also possible the irradiation z. B. in chambers, in which the coated substrate is introduced into the chamber, then the radiation is turned on for a certain period of time, and after the irradiation, the substrate is removed from the chamber again. - -
Gegebenenfalls wird unter Inertgasatmosphäre, d. h. unter Sauerstoffausschluss, gehärtet, um eine Inhibierung der radikalischen Vernetzung durch Sauerstoff zu verhindern. Optionally, under an inert gas atmosphere, i. H. oxygen-free, cured to prevent inhibition of free-radical cross-linking by oxygen.
Erfolgt die Härtung thermisch-radikalisch, eignen sich wasserlösliche Peroxide oder wässrige Emulsionen nicht- wasserlöslicher Initiatoren. Diese Radikalbildner können in bekannter Weise mit Beschleunigern kombiniert werden. If the curing takes place thermally-radically, water-soluble peroxides or aqueous emulsions of non-water-soluble initiators are suitable. These radical formers can be combined with accelerators in a known manner.
Die erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren Polyurethan(meth)acrylatdispersionen lassen sich durch die üblichen Techniken auf unterschiedlichste Substrate applizieren, bevorzugt Spritzen, Walzen, Fluten, Drucken, Rakeln, Gießen, Streichen und Tauchen. The radiation-curable polyurethane (meth) acrylate dispersions according to the invention can be applied by the usual techniques to a wide variety of substrates, preferably spraying, rolling, flooding, printing, knife coating, casting, brushing and dipping.
Mit den erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren Polyurethan(meth)acrylatdispersionen können grundsätzlich alle Substrate lackiert bzw. beschichtet werden. Bevorzugte Substrate sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mineralischen Untergründen, Holz, Holzwerkstoffen, Möbeln, Parkett, Türen, Fensterrahmen, metallischen Gegenständen, Kunststoffen, Papier, Pappe, Kork, mineralischen Substraten, Textilien oder Leder. Sie eignen sich hierbei als Grundierung und / oder als Decklack. Zusätzlich können die erfindungsgemäßen Beschichtungssysteme auch in oder als Klebstoffe eingesetzt werden, z. B. in Kontaktklebstoffen, in thermoaktivierbaren Klebstoffen oder in Kaschierklebstoffen. With the radiation-curable polyurethane (meth) acrylate dispersions according to the invention, basically all substrates can be coated or coated. Preferred substrates are selected from the group consisting of mineral substrates, wood, wood-based materials, furniture, parquet, doors, window frames, metallic objects, plastics, paper, cardboard, cork, mineral substrates, textiles or leather. They are suitable here as a primer and / or as a topcoat. In addition, the coating systems of the invention can also be used in or as adhesives, for. B. in contact adhesives, in thermally activated adhesives or in laminating adhesives.
Die erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren Polyurethan(meth)acrylatdispersionen können alleine aber auch in Bindemittelmischungen mit anderen Dispersionen eingesetzt werden. Dies können Dispersionen sein, die ebenfalls ungesättigte Gruppen enthalten, wie z. B. ungesättigte, polymerisierbare Gruppen enthaltende Dispersionen auf Polyester-, Polyurethan-, Polyepoxy(meth)acrylat-, Polyether-, Polyamid-, Polysiloxan-, Polycarbonat-, Epoxyacrylat-, Polymerisat-, Polyesteracrylat-, Polyurethan-Polyacrylat- und / oder Polyacrylatbasis. However, the radiation-curable polyurethane (meth) acrylate dispersions according to the invention can also be used alone in binder mixtures with other dispersions. These may be dispersions which also contain unsaturated groups, such as. B. unsaturated, polymerizable group-containing dispersions on polyester, polyurethane, polyepoxy (meth) acrylate, polyether, polyamide, polysiloxane, polycarbonate, epoxyacrylate, polymer, polyester acrylate, polyurethane polyacrylate and / or polyacrylate.
Es können auch solche Dispersionen auf Basis von Polyestern, Polyurethanen, Polyethern, Polyamiden, Polyvinylestern, Polyvinylethern, Polysiloxanen, Polycarbonaten, Polymerisaten und / oder Polyacrylaten, in den erfindungsgemäßen Beschichtungssystemen enthalten sein, die funktionelle Gruppen, wie Alkoxysilangruppen, Hydroxygruppen und / oder gegebenenfalls in blockierter Form vorliegende Isocyanatgruppen aufweisen. So können Dual-Cure-Systeme hergestellt werden, die über zwei verschiedene Mechanismen ausgehärtet werden können. Ebenfalls für Dual-Cure-Systeme können den erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren Polyurethan(meth)acrylatdispersionen, weiterhin so genannte Vernetzter zugesetzt werden. Es kommen bevorzugt nicht-blockierte und / oder blockierte Polyisocyanate, Polyaziridine, - - It is also possible for such dispersions based on polyesters, polyurethanes, polyethers, polyamides, polyvinyl esters, polyvinyl ethers, polysiloxanes, polycarbonates, polymers and / or polyacrylates to be present in the coating systems according to the invention which contain functional groups, such as alkoxysilane groups, hydroxyl groups and / or optionally Blocked form present isocyanate groups. Thus, dual-cure systems can be produced, which can be cured by two different mechanisms. Likewise for dual-cure systems, it is possible to add to the radiation-curable polyurethane according to the invention (meth) acrylate dispersions, also known as crosslinkers. Preference is given to non-blocked and / or blocked polyisocyanates, polyaziridines, - -
Polycarbodiimide sowie Melaminharze in Frage. Besonders bevorzugt sind nicht-blockierte und / oder blockierte, hydrophilierte Polyisocyanate für wässrige Beschichtungsmittel. Bevorzugt werden < 20 Gew.-%, besonders bevorzugt < 10 Gew.-% an festem Vernetzer auf den Festgehalt des Beschichtungsmittels zugesetzt. Polycarbodiimides and melamine resins in question. Non-blocked and / or blocked, hydrophilized polyisocyanates for aqueous coating compositions are particularly preferred. Preferably, <20% by weight, particularly preferably <10% by weight, of solid crosslinker is added to the solids content of the coating composition.
Es können auch Dispersionen auf Basis von auf Polyestern, Polyurethanen, Polyethern, Polyamiden, Polysiloxanen, Polyvinylethern, Polybutadienen, Polyisoprenen, Chlorkautschuken, Polycarbonaten, Polyvinylestern, Polyvinylchloriden, Polymerisaten, Polyacrylaten, Polyurethan- Polyacrylat-, Polyesteracrylat-, Polyetheracrylat-, Alkyd-, Polycarbonat-, Polyepoxy-, Epoxy- (meth)acrylatbasis in den erfindungsgemäßen Beschichtungssystemen enthalten sein, die keine funktionellen Gruppen aufweisen. Damit kann der Grad der Vernetzungs dichte reduziert werden, die physikalische Trocknung beeinflusst, z. B. beschleunigt werden, oder eine Elastifizierung bzw. auch eine Haftungsanpassung vorgenommen werden. D em B e s chi chtun g smitt e l , w e lc he di e erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren Polyurethan(meth)acrylatdispersionen enthalten, können auch Aminovernetzerharze, auf Melamin- oder Harnstoffbasis und / o der P o lyis o cyanate mit freien o der mit b lo ckierten Polyisocyanatgruppen, auf Basis von gegebenenfalls hydrophilierenden Gruppen enthaltenden Polyisocyanaten aus Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat und / oder Toluylidendiisocyanat mit Urethan-, Uretdion-, Iminoxadiazindion-, Isocyanurat-, Biuret- und / oder Allophanatstrukturen in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln zugesetzt sein. Als weitere Vernetzer sind auch Carbodiimide oder Polyaziridine möglich. It is also possible to use dispersions based on polyesters, polyurethanes, polyethers, polyamides, polysiloxanes, polyvinyl ethers, polybutadienes, polyisoprenes, chlorinated rubbers, polycarbonates, polyvinyl esters, polyvinyl chlorides, polymers, polyacrylates, polyurethane-polyacrylate, polyester acrylate, polyether acrylate, alkyd, Polycarbonate, polyepoxy, epoxy (meth) acrylate be included in the coating systems of the invention which have no functional groups. Thus, the degree of crosslinking density can be reduced, which influences physical drying, z. B. be accelerated, or an elastification or a liability adjustment are made. By virtue of the fact that the radiation-curable polyurethane according to the invention contains (meth) acrylate dispersions, it is also possible to use amino crosslinker resins based on melamine or urea and / or the polyisocyanates with free o and with cobalt Polyisocyanate groups, based on optionally hydrophilicizing groups containing polyisocyanates of hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate and / or toluylene diisocyanate with urethane, uretdione, Iminoxadiazindion-, isocyanurate, biuret and / or allophanate structures may be added in the coating compositions of the invention. Carbodiimides or polyaziridines are also possible as further crosslinkers.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel können mit den in der Lacktechnologie bekannten Bindemitteln, Hilfsstoffen und Additiven, wie z. B. Pigmente, Farbstoffe oder Mattierungsmittel versetzt bzw. kombiniert werden. Dies sind Verlaufs- und Benetzungsadditive, Slip-Additive, Pigmente einschließlich Metallic-Effektpigmente, Füllstoffe, Nanopartikel, Lichtschutzpartikel, Anti-Vergilbungsadditive, Verdicker und Additive zur Reduktion der Oberflächenspannung. The coating compositions according to the invention can with the known in paint technology binders, excipients and additives such. As pigments, dyes or matting agents are added or combined. These are leveling and wetting additives, slip additives, pigments including metallic effect pigments, fillers, nanoparticles, light protection particles, anti-yellowing additives, thickeners and surface tension reduction additives.
Beschichtungsmittel enthaltend die erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren, wässrigen Dispersionen auf Polyurethan(meth)acrylatbasis, sowie Vernetzer auf Basis von Aminoharzen, blockierten Polyisocyanaten, nicht blockierten Polyisocyanaten, Polyaziridinen und / oder Polycarbodiimiden, und / oder ein oder mehrere weitere Dispersionen, sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Weiterhin sind Substrate beschichtet mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln Gegenstand dieser Erfindung. - - Coating compositions comprising the inventive radiation-curable aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylate, as well as crosslinkers based on amino resins, blocked polyisocyanates, unblocked polyisocyanates, polyaziridines and / or polycarbodiimides, and / or one or more further dispersions are also provided by the present invention , Furthermore, substrates coated with the coating compositions of the invention are the subject of this invention. - -
Beispiele Examples
Methoden methods
Der NCO-Gehalt wurde jeweils gemäß DIN EN ISO 11909 titrimetrisch verfolgt.  The NCO content was monitored in each case according to DIN EN ISO 11909 by titration.
Die Angaben für die Aminzahl sind theoretisch berechnet, können aber auch gemäß DIN 53176 bestimmt werden. The data for the amine number are calculated theoretically, but can also be determined according to DIN 53176.
Der Festkörpergehalt wurde gravimetrisch nach Abdampfen aller flüchtigen Bestandteile gemäß DIN EN ISO 3251 bestimmt.  The solids content was determined gravimetrically after evaporation of all volatile constituents in accordance with DIN EN ISO 3251.
Die mittlere Teilchengröße wurde durch Laser-Korrelationsspektroskopie ermittelt.  The mean particle size was determined by laser correlation spectroscopy.
Die Auslaufzeit wurde gemäß DIN EN ISO 2431 mit Hilfe des 4 mm DIN-Bechers bestimmt.  The flow time was determined in accordance with DIN EN ISO 2431 using the 4 mm DIN cup.
1) Herstellung einer strahlenhärtbaren, wässrigen Polyurethandispersion (Vergleich) 308 Teile des Polyesteracrylats Laromer® PE 44 F (BASF AG, Ludwigshafen, DE), Komponente A), 10,4 Teile Neopentylglykol, Komponente B), 293 Teile eines linearen, OH-terminierten aliphatischen Polycarbonatdiols (OH-Zahl = 56 mg KOH/g Substanz), Komponente B), 33,6 Teile Hexamethylendiisocyanat, Komponente C), 113 Teile Isophorondiisocyanat, Komponente C), 14,9 Teile N-Methyldiethanolamin, Komponente D), und 0,2 Teile Dibutylzinndilaurat wurden in 213 Teilen Aceton gelöst und bis zu einem NCO-Gehalt von 1,2 Gew.-% (Theorie 1,01 Gew.-%) bei 60 °C unter Rühren umgesetzt. Die entstandene Polyurethanacrylat-Lösung wurde in weiteren 375 Teilen Aceton gelöst, auf 40 °C abgekühlt, und es erfolgte die Zugabe von 6,9 Teilen Ethylendiamin, Komponente E), in 35 Teilen Aceton. Nach 10 Minuten Rühren wurde mit 11,9 Teilen D,L-Milchsäure (85%ig, 15 Gew.-% Wasser) neutralisiert. In die klare Lösung wurden unter Rühren 717 Teile Wasser eingetragen. Im Anschluss wurde das Aceton unter leichtem Vakuum aus der Dispersion abdestilliert. Es wurde eine strahlenhärtbare, wässrige Polyurethandispersion 1) mit einem Feststoffgehalt von 40 Gew.-%, einer mittleren Teilchengröße von 176 nm und einem pH- Wert von 4,6 erhalten. Die Aminzahl des Polyurethanacrylats betrug 8,9 mg KOH/g Substanz. Die Viskosität war nach der Synthese so hoch, dass die Auslaufzeit im 4 mm DIN-Becher mehr als 120 Sekunden betrug und de facto nicht messbar war. Nach zwei Wochen Lagerung bei 23 °C betrug die Auslaufzeit 43 Sekunden. 2) Herstellung einer erfindungsgemäßen, UV-härtbaren, wässrigen Polyurethan-Dispersion 308 Teile des Polyesteracrylats Laromer® PE 44 F (BASF AG, Ludwigshafen, DE), Komponente A), 10,4 Teile Neopentylglykol, Komponente B), 293 Teile eines linearen, OH-terminierten aliphatischen Polycarbonatdiols (OH-Zahl = 56 mg KOH/g Substanz), Komponente B), 33,6 Teile Hexamethylendiisocyanat, Komponente C), 113 Teile Isophorondiisocyanat, Komponente C), und 0,2 Teile Dibutylzinndilaurat wurden in 213 Teilen Aceton gelöst und bis zu einem NCO-Gehalt von 2,1 Gew.-% (Theorie 2,07 Gew.-%) bei 60 °C unter Rühren umgesetzt. Die entstandene Polyurethanacrylat-Lösung wurde in weiteren 375 Teilen Aceton gelöst, auf 50 °C abgekühlt, und - - es erfolgte die Zugabe von 14,9 Teile N-Methyldiethanolamin, Komponente D). Es wurde so lange bei 50 °C weiter gerührt bis ein NCO-Gehalt von 1,1 Gew.-% (Theorie 1,01 Gew.-%) erreicht worden war, und anschließend wurden unter Rühren 6,9 Teile Ethylendiamin, Komponente E), in 35 Teilen Aceton hinzugefügt. Nach 10 Minuten Rühren wurde mit 11,9 Teilen D,L-Milchsäure (85%ig, 15 Gew.-% Wasser) neutralisiert. In die klare Lösung wurden unter Rühren 717 Teile Wasser eingetragen. Im Anschluss wurde das Aceton unter leichtem Vakuum aus der Dispersion abdestilliert. Es wurde eine strahlenhärtbare, wässrige Polyurethandispersion 2) mit einem Feststoffgehalt von 40 Gew.-%, einer mittleren Teilchengröße von 183 nm und einem pH- Wert von 4,6 erhalten. Die Aminzahl des Polyurethanacrylats betrug 8,9 mg KOH/g Substanz. Die Viskosität lag nach der Synthese im 4 mm DIN-Becher bei 14 Sekunden und nach zwei Wochen Lagerung bei 23 °C bei 13 Sekunden. 1) Preparation of radiation-curable aqueous polyurethane dispersion (comparison) 308 parts of the polyester acrylate Laromer ® PE 44 F (BASF AG, Ludwigshafen, DE), component A), 10.4 parts of neopentyl glycol, component B), 293 parts of a linear, OH terminated aliphatic polycarbonate diol (OH number = 56 mg KOH / g substance), component B), 33.6 parts hexamethylene diisocyanate, component C), 113 parts isophorone diisocyanate, component C), 14.9 parts N-methyldiethanolamine, component D), and 0.2 part of dibutyltin dilaurate were dissolved in 213 parts of acetone and reacted to 60 ° C with stirring to an NCO content of 1.2 wt .-% (theory 1.01 wt .-%). The resulting polyurethane acrylate solution was dissolved in a further 375 parts of acetone, cooled to 40 ° C, and there was the addition of 6.9 parts of ethylenediamine, component E), in 35 parts of acetone. After stirring for 10 minutes, it was neutralized with 11.9 parts of D, L-lactic acid (85%, 15% by weight of water). 717 parts of water were added with stirring to the clear solution. Subsequently, the acetone was distilled off under slight vacuum from the dispersion. A radiation-curable, aqueous polyurethane dispersion 1) having a solids content of 40% by weight, an average particle size of 176 nm and a pH of 4.6 was obtained. The amine number of the polyurethane acrylate was 8.9 mg KOH / g substance. The viscosity was so high after the synthesis that the flow time in the 4 mm DIN cup was more than 120 seconds and was in fact not measurable. After two weeks of storage at 23 ° C, the flow time was 43 seconds. 2) Preparation of the invention, UV-curable, aqueous polyurethane dispersion, 308 parts of the polyester acrylate Laromer ® PE 44 F (BASF AG, Ludwigshafen, DE), component A), 10.4 parts of neopentyl glycol, component B), 293 parts of a linear , OH-terminated aliphatic polycarbonate diols (OH number = 56 mg KOH / gm of substance), component B), 33.6 parts of hexamethylene diisocyanate, component C), 113 parts of isophorone diisocyanate, component C), and 0.2 part of dibutyltin dilaurate were added in 213 Dissolved acetone and reacted to an NCO content of 2.1 wt .-% (theory 2.07 wt .-%) at 60 ° C with stirring. The resulting polyurethane acrylate solution was dissolved in a further 375 parts of acetone, cooled to 50 ° C, and - - There was the addition of 14.9 parts of N-methyldiethanolamine, component D). The mixture was further stirred at 50 ° C until an NCO content of 1.1 wt .-% (theory 1.01 wt .-%) was reached, and then with stirring, 6.9 parts of ethylenediamine, component E. ), added in 35 parts of acetone. After stirring for 10 minutes, it was neutralized with 11.9 parts of D, L-lactic acid (85%, 15% by weight of water). 717 parts of water were added with stirring to the clear solution. Subsequently, the acetone was distilled off under slight vacuum from the dispersion. A radiation-curable, aqueous polyurethane dispersion 2) having a solids content of 40% by weight, an average particle size of 183 nm and a pH of 4.6 was obtained. The amine number of the polyurethane acrylate was 8.9 mg KOH / g substance. Viscosity was 14 seconds after synthesis in the 4 mm DIN cup and 13 seconds after storage for two weeks at 23 ° C.
3) Herstellung einer strahlenhärtbaren, wässrigen Polyurethandispersion (Vergleich) 3) Preparation of a Radiation-Curable Aqueous Polyurethane Dispersion (Comparison)
788 Teile des Epoxyacrylats Ebecryl® 600 (Cytec, Drogenbos, BE), Komponente A), 128 Teile 2- Ethyl-l,3-hexandiol, Komponente B), 419 Teile eines Polyesterdiols basierend auf Adipinsäure, Neopentylglykol und 1,6-Hexandiol mit einer OH-Zahl von 66 mg KOH/g Substanz, Komponente B), 277 Teile Hexamethylendiisocyanat, Komponente C), 534 Teile Isophorondiisocyanat, Komponente C), und 94,1 Teile N-Methyldiethanolamin, Komponente D), wurden in 600 Teilen Aceton gelöst und bis zu einem NCO-Gehalt von 1,2 Gew.-% (Theorie 1,12 Gew.-%) bei 60 °C unter Rühren umgesetzt. Die entstandene Polyurethanacrylat-Lösung wurde in weiteren 1010 Teilen Aceton gelöst, auf 40 °C abgekühlt, und es erfolgte die Zugabe von 21,3 Teilen Ethylendiamin, Komponente E), in 150 Teilen Aceton. Nach 10 Minuten Rühren wurde mit 81,7 Teilen D,L-Milchsäure (85%ig, 15 Gew.-% Wasser) neutralisiert. In die klare Lösung wurden unter Rühren 3300 Teile Wasser eingetragen. Im Anschluss wurde das Aceton unter leichtem Vakuum aus der Dispersion abdestilliert. Es wurde eine strahlenhärtbare, wässrige Polyurethandispersion 3) mit einem Feststoffgehalt von 36 Gew.-%, einer mittleren Teilchengröße von 113 nm und einem pH- Wert von 6,4 erhalten. Die Aminzahl des Polyurethanacrylats betrug 18,9 mg KOH/g Substanz. Die Viskosität war nach der Synthese so hoch, dass die Auslaufzeit im 4 mm DIN-Becher mehr als 120 Sekunden betrug und de facto nicht messbar war. Nach zwei Wochen Lagerung bei 23 °C betrug die Auslaufzeit 56 Sekunden. 788 parts of the epoxyacrylate Ebecryl ® 600 (Cytec, Drogenbos, BE), component A), 128 parts of 2-ethyl-l, 3-hexanediol, component B), 419 parts of a polyester diol based on adipic acid, neopentyl glycol and 1,6-hexanediol with an OH number of 66 mg KOH / g substance, component B), 277 parts hexamethylene diisocyanate, component C), 534 parts isophorone diisocyanate, component C), and 94.1 parts N-methyldiethanolamine, component D) were dissolved in 600 parts Dissolved acetone and up to an NCO content of 1.2 wt .-% (theory 1.12 wt .-%) at 60 ° C with stirring. The resulting polyurethane acrylate solution was dissolved in a further 1010 parts of acetone, cooled to 40 ° C, and there was the addition of 21.3 parts of ethylenediamine, component E), in 150 parts of acetone. After stirring for 10 minutes, it was neutralized with 81.7 parts of D, L-lactic acid (85%, 15% by weight of water). 3300 parts of water were added with stirring to the clear solution. Subsequently, the acetone was distilled off under slight vacuum from the dispersion. A radiation-curable, aqueous polyurethane dispersion 3) having a solids content of 36% by weight, an average particle size of 113 nm and a pH of 6.4 was obtained. The amine number of the polyurethane acrylate was 18.9 mg KOH / g substance. The viscosity was so high after the synthesis that the flow time in the 4 mm DIN cup was more than 120 seconds and was in fact not measurable. After two weeks of storage at 23 ° C, the flow time was 56 seconds.
4) Herstellung einer strahlenhärtbaren, wässrigen Polyurethandispersion 4) Preparation of a radiation-curable, aqueous polyurethane dispersion
788 Teile des Epoxyacrylats Ebecryl® 600 (Cytec, Drogenbos, BE), Komponente A), 128 Teile 2- Ethyl-l,3-hexandiol, Komponente B), 419 Teile eines Polyesterdiols basierend auf Adipinsäure, Neopentylglykol und 1,6-Hexandiol mit einer OH-Zahl von 66 mg KOH/g Substanz, Komponente B), 277 Teile Hexamethylendiisocyanat, Komponente C) und 534 Teile Isophorondiisocyanat, Komponente C), wurden in 600 Teilen Aceton gelöst und bis zu einem NCO-Gehalt von 4,5 Gew.- - - 788 parts of the epoxyacrylate Ebecryl ® 600 (Cytec, Drogenbos, BE), component A), 128 parts of 2-ethyl-l, 3-hexanediol, component B), 419 parts of a polyester diol based on adipic acid, neopentyl glycol and 1,6-hexanediol with an OH number of 66 mg KOH / g of the substance, component B), 277 parts of hexamethylene diisocyanate, component C) and 534 parts of isophorone diisocyanate, component C) were dissolved in 600 parts of acetone and up to an NCO content of 4.5 weight - -
% (Theorie 4,58 Gew.-%) bei 60 °C unter Rühren umgesetzt. Die entstandene Polyurethanacrylat- Lösung wurde in weiteren 1010 Teilen Aceton gelöst, auf 50 °C abgekühlt, und es erfolgte die Zugabe von 94,2 Teile N-Methyldiethanolamin, Komponente D). Es wurde so lange bei 50 °C weiter gerührt bis ein NCO-Gehalt von 1,1 Gew.-% (Theorie 1,12 Gew.-%) erreicht worden war, und anschließend wurden unter Rühren 6,9 Teile Ethylendiamin, Komponente E), in 150 Teilen Aceton hinzugefügt. Nach 10 Minuten Rühren wurde mit 81,7 Teilen D,L-Milchsäure (85%ig, 15 Gew.-% Wasser) neutralisiert. In die klare Lösung wurden unter Rühren 3300 Teile Wasser eingetragen. Im Anschluss wurde das Aceton unter leichtem Vakuum aus der Dispersion abdestilliert. Es wurde eine strahlenhärtbare, wässrige Polyurethandispersion 4) mit einem Feststoffgehalt von 36 Gew.-%, einer mittleren Teilchengröße von 108 nm und einem pH- Wert von 6,4 erhalten. Die Aminzahl des Polyurethanacrylats betrug 18,9 mg KOH/g Substanz. Die Viskosität lag nach der Synthese im 4 mm DIN-Becher bei 17 Sekunden und nach zwei Wochen Lagerung bei 23 °C bei 14 Sekunden. Tabelle 1 % (Theory 4.58 wt .-%) at 60 ° C with stirring. The resulting polyurethane acrylate solution was dissolved in a further 1010 parts of acetone, cooled to 50 ° C, and there was the addition of 94.2 parts of N-methyldiethanolamine, component D). The mixture was further stirred at 50 ° C. until an NCO content of 1.1% by weight (theory 1.12% by weight) had been reached, followed by 6.9 parts of ethylenediamine, component E, with stirring ), added in 150 parts of acetone. After stirring for 10 minutes, it was neutralized with 81.7 parts of D, L-lactic acid (85%, 15% by weight of water). 3300 parts of water were added with stirring to the clear solution. Subsequently, the acetone was distilled off under slight vacuum from the dispersion. A radiation-curable, aqueous polyurethane dispersion 4) having a solids content of 36% by weight, an average particle size of 108 nm and a pH of 6.4 was obtained. The amine number of the polyurethane acrylate was 18.9 mg KOH / g substance. The viscosity was 17 seconds after synthesis in the 4 mm DIN cup and 14 seconds after storage for two weeks at 23 ° C. Table 1
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Obwohl die Zusammensetzungen der Beispiele 1 und 2 sowie der Beispiele 3 und 4 identisch sind, zeigen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Beispiele 2 und 4 in Tabelle 1, dass das erfindungsgemäße Verfahren zu deutlich niedrigeren Viskositäten direkt nach der Synthese führt und auch der Viskositätsabfall nach zwei Wochen Lagerung sehr viel geringer ist als bei den Vergleichsbeispielen 1 und 3. Although the compositions of Examples 1 and 2 and Examples 3 and 4 are identical, Examples 2 and 4 in Table 1 produced by the process according to the invention show that the process according to the invention leads to significantly lower viscosities directly after the synthesis and also the viscosity decrease two weeks storage is much lower than in Comparative Examples 1 and 3.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zur Herstellung strahlenhärtbarer, wässriger Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i) enthaltend als Aufbaukomponenten A) eine oder mehrere Verbindungen mit mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Gruppe und mindestens einer radikalisch polymerisierbaren ungesättigten Gruppe,  1. A process for the preparation of radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) comprising as structural components A) one or more compounds having at least one isocyanate-reactive group and at least one free-radically polymerizable unsaturated group,
B) gegebenenfalls eine oder mehrere monomere und/oder polymere Verbindungen verschieden von A), B) optionally one or more monomeric and / or polymeric compounds other than A),
C) eine oder mehrere organische Polyisocyanate, C) one or more organic polyisocyanates,
D) eine oder mehrere Verbindungen mit mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Funktion und zusätzlich mindestens einer kationischen und/oder potentiell kationischen Funktion, D) one or more compounds having at least one isocyanate-reactive function and additionally at least one cationic and / or potentially cationic function,
E) gegebenenfalls von A) bis D) verschiedene Verbindungen mit mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Gruppe, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten A) bis C) in einem ersten Reaktionsschritt zu einem Polyurethan(meth)acrylat umgesetzt werden, das weder kationische noch potentiell kationische Gruppen enthält und nach Bestimmung des NCO-Gehaltes ein NCO-Wert erreicht wird, der um bis zu 1,5 Gew.-% NCO (absolut), bevorzugt um bis zu 1,0 Gew.-% NCO (absolut), besonders bevorzugt um bis zu 0,7 Gew.-% NCO (absolut) vom theoretischen NCO-Wert abweichen kann, und in einem zweiten Reaktionsschritt mit der Komponente D) mit noch freien NCO-Gruppen aus dem Reaktionsprodukt der Komponenten A) bis C) umgesetzt wird und nach erneuter Bestimmung des NCO-Gehaltes ein NCO-Wert erreicht wird, der um bis zu 1,5 Gew.-% NCO (absolut), besonders bevorzugt um bis zu 1,0 Gew.-% NCO (absolut) vom theoretischen NCO-Wert abweichen kann, E) optionally different from A) to D) compounds having at least one isocyanate-reactive group, characterized in that the components A) to C) are reacted in a first reaction step to a polyurethane (meth) acrylate, which is neither cationic nor potentially cationic Contains groups and after determination of the NCO content, an NCO value is achieved which by up to 1.5 wt .-% NCO (absolute), preferably by up to 1.0 wt .-% NCO (absolute), particularly preferably by up to 0.7 wt .-% NCO (absolute) may differ from the theoretical NCO value, and in a second reaction step with the component D) with still free NCO groups from the reaction product of components A) to C) is reacted and after re-determination of the NCO content, an NCO value is achieved which is up to 1.5 wt .-% NCO (absolute), more preferably by up to 1.0 wt .-% NCO (absolute) of the theoretical NCO Value may vary,
Zugabe eines Neutralisiationsmittel zur Erzeugung der für die Dispergierung notwendigen kationischen Gruppen vor, während oder nach der Herstellung des Umsetzungsprodukts aus den Komponenten A) bis D). Addition of a neutralizing agent to produce the cationic groups necessary for the dispersion before, during or after the preparation of the reaction product from the components A) to D).
2. Verfahren zur Herstellung strahlenhärtbarer, wässriger Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Reaktionsschritt die Komponente E) mit noch freien NCO-Gruppen umgesetzt wird. 2. A process for the preparation of radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) according to claim 1, characterized in that in a third reaction step, the component E) is reacted with still free NCO groups.
3. Verfahren zur Herstellung strahlenhärtbarer, wässriger Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Reaktiwerdünner, enthaltend mindestens eine radikalisch polymerisierbare Gruppe, Komponente (ii), beigemischt werden. 3. A process for the preparation of radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) according to claim 1 or 2, characterized in that one or more reactive diluents containing at least one radically polymerizable group, component (ii) are admixed.
4. Verfahren zur Herstellung strahlenhärtbarer, wässriger Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente D) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethanolamin, 3-Hydroxy-l- methylpiperidin, 4-(2-Hydroxyethyl)morpholin, l-(2-Hydroxyethyl)pyrrolidin-2-on,4. A process for the preparation of radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) according to one of claims 1 to 3, characterized in that component D) is selected from the group consisting of ethanolamine, 3-hydroxy-l methylpiperidine, 4- (2-hydroxyethyl) morpholine, 1- (2-hydroxyethyl) pyrrolidin-2-one,
Diethanolamin, Triethanolamin, 2-Propanolamin, Dipropanolamin, Tripropanolamin, N- Methyl ethanolamin, N-Methyl-diethanol^amin und N,N-Dimethylethanolamin. Diethanolamine, triethanolamine, 2-propanolamine, dipropanolamine, tripropanolamine, N-methyl ethanolamine, N-methyl-diethanol ^ amine and N, N-dimethylethanolamine.
5. Verfahren zur Herstellung strahlenhärtbarer, wässriger Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die molaren Verhältnisse von Iscocyanatgruppen in D) zu gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen in A) bis C) von 1,2 : 1,0 bis 4,0 : 1,0 betragen. 5. A process for the preparation of radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the molar ratios of isocyanate groups in D) to isocyanate-reactive groups in A) to C ) of 1.2: 1.0 to 4.0: 1.0.
6. Verfahren zur Herstellung strahlenhärtbarer, wässriger Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die molaren Verhältnisse von Iscocyanatgruppen in D) zu gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen in A), B), C) und E) von 1,05 : 1,0 bis 2,5 : 1,0 betragen. 6. A process for the preparation of radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the molar ratios of isocyanate groups in D) to isocyanate-reactive groups in A), B ), C) and E) are from 1.05: 1.0 to 2.5: 1.0.
7. Verfahren zur Herstellung strahlenhärtbarer, wässriger Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Reaktionsschritt nach Bestimmung des NCO-Gehaltes ein NCO-Wert erreicht wird, der um bis zu 1,0 Gew.-% NCO (absolut) vom theoretischen NCO-Wert abweichen kann, und nach dem zweiten Reaktionsschritt nach Bestimmung des NCO-Gehaltes ein NCO-Wert erreicht wird, der um bis zu 1,0 Gew.-% NCO (absolut) vom theoretischen NCO-Wert abweichen kann. 7. A process for the preparation of radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i) according to one of claims 1 to 6, characterized in that after the first reaction step after determining the NCO content, an NCO value is achieved, the Up to 1.0 wt .-% NCO (absolute) may differ from the theoretical NCO value, and after the second reaction step after determining the NCO content, an NCO value is reached, which can be up to 1.0 wt. % NCO (absolute) may deviate from the theoretical NCO value.
8. Strahlenhärtbare, wässrige Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten (i), hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7. 8. Radiation-curable, aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates (i), prepared by the process according to one of claims 1 to 7.
9. Verwendung der strahlenhärtbaren wässrigen Dispersionen auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten gemäß Anspruch 8 zur Herstellung von Beschichtungen, Lacken und Klebstoffen. 9. Use of the radiation-curable aqueous dispersions based on polyurethane (meth) acrylates according to claim 8 for the preparation of coatings, paints and adhesives.
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