WO2018167310A1 - Method for functionalizing acrylate polymers in the absence of a solvent, and modified acrylate polymers obtainable by said method - Google Patents
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- C08F2810/20—Chemical modification of a polymer leading to a crosslinking, either explicitly or inherently
Definitions
- the present invention relates to a process for functionalizing acrylate polymers in the molten state.
- Acrylate polymers that is, homo- and copolymers of acrylic acid, methacrylic acid, and various esters of these acids, are well known in the art and are widely used in a wide variety of applications. Important monomers in this context are, for example: methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, sec-butyl acrylate, ferric acid.
- Important comonomers in the production of acrylate polymers include acrylonitrile, methacrylonitrile, ethylene, styrene, 1, 3-butadiene, 1, 2-butadiene, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl chloride and vinylidene chloride.
- polyfunctional acrylate monomers which can be used in the preparation of acrylate monomers; Examples which may be mentioned here are di- and triacrylates (eg ethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate), hydroxy-substituted acrylates (eg 2-hydroxyethyl acetate), ethers (eg ethyl diglycol acrylate), amines (eg dimethylaminoethyl acrylate, tert-butylaminoethyl methacrylate), epoxy-derivatized acrylates (eg glycidyl acrylate, Glycidyl methacrylate) and sulfonic acids (eg 2-sulfoethyl methacrylate).
- di- and triacrylates eg ethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate
- hydroxy-substituted acrylates eg 2-hydroxyethyl acetate
- ethers eg
- acrylate polymers can be specifically influenced by polymer-analogous reactions and / or crosslinking reactions (with the finished acrylate polymers as starting materials for further functionalization reactions).
- Acrylate polymers obtained with the participation of polyfunctional comonomers are of particular interest when it comes to carrying out crosslinking reactions on the polymers.
- crosslinking reactions are known using second components (which react with the functional groups present) or else radiation curing reactions.
- Crosslinking reactions with secondary components usually take place in solutions. Such reaction systems usually allow a good mixing of the reactants and a good temperature control of the reactions. However, it can be problematic to remove the solvent from the finished reaction product. Crosslinking increases the molecular weight of the polymers, and thus increases their ability to retain small molecules (such as solvents) in the molecular structure. This is undesirable for many technical applications, since the properties of the polymer can change with the presence of such solvent residues and, in particular during use (by evaporation), uncontrolled and undesired property changes can occur. Even under environmental aspects such a behavior may be problematic. In addition, thicker layers of solvent can generally produce only limited. The drying process is increasingly cost-intensive or high residual contents of solvent remain in the end product.
- European Patent Application No. 1 234 851 discloses a crosslinkable rubber composition of a nitrile group-containing rubber further containing monomer units of an ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monoalkylester monomer, wherein a polyamine can serve as a crosslinking agent and a basic crosslinking accelerator is used.
- the dicarboxylic acid monoalkyl ester monomer units which differ structurally from the polyacrylate units of the present invention, serve as reactive groups for linking via the crosslinking agent.
- acrylate polymers Homopolymer and copolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid and their esters are understood as "acrylate polymers" in the sense of the invention, in which case the radicals forming the ester group can not bear any further functionality (ie represent hydrocarbon radicals) or be functionalized. Essentially all acrylic and methacrylic acid esters known in the art as constituents of acrylate polymers are suitable.
- the acrylate polymer may further be selected from homo- and copolymers of methyl, ethyl, butyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, dodecyl, 2-hydroxyethyl or 2-dimethylaminoethyl ester of acrylic or methacrylic acid and copolymers of these monomers become.
- the copolymers may also have other comonomers, which do not originate from the group of acrylate monomers.
- the acrylate polymers to be functionalized according to the invention may also have further comonomer constituents, which themselves do not have to represent acrylic acid or methacrylic acid derivatives. Essentially all monomers which are suitable as comonomers for acrylate polymers in the prior art are suitable here. Examples of suitable comonomers include acrylonitrile, methacrylonitrile, styrene, 1, 3-butadiene, 1, 2-butadiene, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl chloride and vinylidene chloride.
- the acrylate polymers may contain between 0 and up to 100 mol%, preferably between 0 and 20 mol%, more preferably between 0 and 10 mol% of free carboxy groups.
- the acrylate polymers of the present invention preferably contain no ethylenic dicarboxylic acids or their monoalkyl or dialkyl esters as comonomers.
- Such acrylate polymers according to the invention in the absence of solvents (ie, in the melt) and in a temperature range between 50 ° C and 350 ° C, preferably between 100 ° C and 200 ° C, optionally in the presence of a catalyst, with a functionalizing agent implemented.
- Functionalizing agents in the context of the invention are organic compounds having at least one primary (-NH 2 ) or secondary (-NH) amino function or amino group.
- This primary or secondary amino group reacts in the course of the reaction with an ester function of the acrylate polymer to form an amide function (carboxylic acid amide).
- the reaction thus leads to the replacement of a side chain on the polyacrylate backbone, wherein a new side chain (from an amide function) is introduced in each case for each original side chain (from an ester function) which is removed from the macromolecule.
- the functionalizing agent is an organic compound other than the said primary or secondary amino functionality has no further functionality, thus easy replacement of an ester takes place against an amide side chain.
- the functionalizing agent is an organic compound having at least one additional functionality to the primary or secondary amino function per molecule.
- the inventive method allows the targeted introduction of further functionalities in the acrylate polymer.
- the functionalities to be introduced into the acrylate polymer in this way are manifold. At best, a limitation can result from an undesired interaction of the functionalities involved or from the resulting undesirable reactions.
- the functionalizing agent is an organic di- or polyamine having at least two or more primary and / or secondary amino groups per molecule. The functionalization in this case represents a crosslinking of the acrylate polymer.
- the process according to the invention can be carried out in a batch process or in a continuous process, for example in a heatable extruder
- the reaction can in principle be carried out in all apparatuses suitable for carrying out reactions in the molten state
- the reaction can be carried out continuously or batchwise and under normal pressure as well as elevated / reduced pressure Suitable apparatuses are, for example, continuous single- and multi-shaft kneaders such as kneading autoclaves, Buss kneaders or twin-screw extruders
- the reaction can also be carried out in a stirred autoclave having intensive mixing but low shear melt mixing means, which is particularly useful when relatively volatile compounds are used.
- a particularly preferred method for carrying out the process is the continuous melt extrusion in single or twin screw extruders, because in this method a particularly intensive mixing is possible.
- the reaction can therefore be carried out with tough melts, which can be carried out at low reaction temperatures.
- An optimal mixture without high shear also ensures a very uniform mixing of the reaction mixture.
- additives such as dyes are evenly distributed in the polymer.
- the residence time in the heated zone is limited to an optimum, in order to avoid an unnecessary temperature load on the reaction mixture.
- the method includes the steps of contacting the acrylate polymer in a molten state with the functionalizing agent, optionally in the presence of a catalyst, mixing the components, and maintaining a reaction temperature in the mixture in the range between 50 ° C and 350 ° C ° C, preferably 100 ° C and 200 ° C, for a sufficient time for the implementation of the components period.
- Suitable catalysts are in principle all compounds which are known to the person skilled in the art as suitable catalysts for the reaction of a carboxylic acid ester into a carboxylic acid amide (see, for example, F. Körte (ed.), Methodicum Chimicum, Volume 6: CN compounds, me, Stuttgart 1974, Chapter 17, or R. Larock (ed.), Comprehensive Organic Transformations, 2nd Ed., Wiley-VCH, New York 1999, Chapter "Interconversion of Nitriles, Carboxylic Acids and Derivatives"
- those of their own physical properties are suitable to be used under the process conditions described above.
- Particularly suitable catalysts according to the invention are Brönstedt acids, in particular organic acids, and in particular carboxylic acids, preference being given to those carboxylic acids which are not volatile under the process conditions.
- a suitable embodiment here represent, for example, hydrocarbon resins with carboxy functionality or a plurality of carboxyl functionalities per molecule.
- the catalyst can in this case be used in ranges between 0.5 and 10% by weight, preferably between 0.5 and 5% by weight, based on the weight of the reactants used (acrylate polymer and functionalizing agent). Even larger or smaller weight ratios can - if necessary, be realized depending on the reaction conditions and reactants.
- Suitable acrylate polymers are in particular polymers having a molecular weight in the range between 10,000 g / mol and 2,000,000 g / mol, preferably between 10,000 g / mol and 200,000 g / mol, in question.
- acrylate polymers outside of these ranges can also be functionalized by the process of the present invention, provided the corresponding acrylate polymers are in molten state at the temperatures of the process.
- the acrylate polymer is solid at room temperature.
- functionalizing agents it is possible to use both aliphatic and aromatic primary or secondary amines. These amines may contain one or more other functional groups characterized by being stable in the presence of a corresponding amino function.
- the functionalizing agents are usually used in a molar proportion of 0.1 to 100 mol%, based on the content of carboxy or carboxylic ester functions in the acrylate polymer used.
- the functionalizing agents are aliphatic or aromatic, primary or secondary amines. In a preferred embodiment, they are aliphatic or aromatic, primary or secondary diamines. In a further preferred embodiment, these are aliphatic or aromatic, primary or secondary polyamines.
- acrylate polymers By means of the process according to the invention, it is possible to functionalize acrylate polymers over a wide range, i.e. to introduce into the macromolecule those functional groups which can not be introduced by the copolymerization of a corresponding comonomer.
- Such functionalizations include both polymer-analogous reactions (ie, reactions in which the molecular weight of the macromolecule does not change significantly) and crosslinking reactions (in which the molecular weight increases), as well as the combination of macromolecules with correspondingly functionalized solids (approximately corresponding functionalized silica, silicates or other inorganic or organic solids suitable for surface functionalization, carbon blacks, fullerenes, etc.
- Functionalization reactions are introduced on corresponding surfaces, which can then react with acrylate polymers. This can be used, for example, to improve the adhesion of acrylate polymers to the surfaces of such workpieces.
- the invention also relates to the structurally modified acrylate polymers obtained by the process.
- Example 1 Reaction of acResin® DS 3500 with Jeffamine® M-2070: Increasing the water solubility by introducing a hydrophilic side chain
- acResin® DS 3500 (BASF) is a polybutyl acrylate with a molecular weight of approx. 50,000 g / mol.
- Existing carboxyl groups can be determined by titration with KOH; the consumption is 52 mg KOH per g of polymer. According to the manufacturer, the product is miscible with water to less than 10%.
- the process according to the invention leads to an exchange of the butyl ester for polyetheramide side chains, which change its properties (water miscibility / solubility) with increasing concentration in the macromolecule.
- Example 2 Reaction of Acronal® 4F with meta-xylenediamine: Cross-linking of a Polvacrylate by Crosslinking Starting Materials: Acronal® 4F (BASF) is a polybutyl acrylate with a molecular weight of 40,000 g / mol (without titratable acid groups).
- BASF is a polybutyl acrylate with a molecular weight of 40,000 g / mol (without titratable acid groups).
- Meia-xylylenediamine is a primary amine with two amino functions per molecule.
- Foral® AX (Eastman) is a fully hydrogenated, acidic hydrocarbon resin used as a catalyst.
- Foral®NC is a partially neutralized hydrocarbon resin (acid number 120-138), which is used as a catalyst.
- the determined weights show the occurrence of a conversion to the amide;
- the fairly long times may also be related to the delayed diffusion from the approach and are likely to be independent of the actual reaction. Improvement can be Smaller and more volatile groups take place, also in the sense of a generally accelerated progress of the action (also vacuum as an aid).
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Abstract
Disclosed is a method for functionalizing acrylate polymers using a functionalizing agent at temperatures of 50 °C to 350 °C, said agent containing at least one primary or secondary amino group which is reacted with a carboxyl group of the acrylate polymers to obtain an amide function, the reaction taking place in the absence of a solvent. Also disclosed are modified acrylate polymers that can be obtained by said method.
Description
VERFAHREN ZUR FUNKTIONALISIERUNG VON ACRYLAT-POLYMEREN IN ABWESENHEIT EINES LÖSUNGSMITTEL UND DURCH DAS VERFAHREN ERHÄLTLICHE MODIFIZIERTE ACRYLAT-POLYMERE METHOD OF FUNCTIONALIZING ACRYLATE POLYMERS IN THE ABSENCE OF A SOLVENT AND MODIFIED ACRYLATE POLYMERS AVAILABLE BY THE METHOD
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Funktionalisieren von Acrylat-Polymeren im geschmolzenen Zustand. The present invention relates to a process for functionalizing acrylate polymers in the molten state.
Stand der Technik State of the art
Acrylat-Polymere, d.h., Homo- und Copolymere der Acrylsäure, Methacrylsäure sowie verschiede- ner Ester dieser Säuren, sind im Stand der Technik bekannt und finden breite Anwendung in verschiedensten Einsatzgebieten. Wichtige Monomere sind in diesem Zusammenhang etwa: Methylac- rylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, sec. Butylacrylat, feri. Butylacrylat, n-Hexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Laurylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n- Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, tert.Butylmethacrylat, n-Hexylmethacrylat, Acrylsäure und Methacrylsäure. Wichtige Comonomere bei der Herstellung von Acrylat-Polymeren sind unter anderem Acrylnitril, Methacrylnitril, Ethylen, Styrol, 1 ,3-Butadien, 1 ,2-Butadien, Vinylacetat, Vinylpropio- nat, Vinylchlorid und Vinylidenchlorid. Acrylate polymers, that is, homo- and copolymers of acrylic acid, methacrylic acid, and various esters of these acids, are well known in the art and are widely used in a wide variety of applications. Important monomers in this context are, for example: methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, sec-butyl acrylate, ferric acid. Butyl acrylate, n-hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, t-butyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, acrylic acid and methacrylic acid. Important comonomers in the production of acrylate polymers include acrylonitrile, methacrylonitrile, ethylene, styrene, 1, 3-butadiene, 1, 2-butadiene, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl chloride and vinylidene chloride.
Alle Acrylat-Polymeren teilen als Eigenschaft das Vorliegen von Carboxyl- bzw. entsprechenden Estergruppen und stellen damit, strukturell betrachtet, Derivate von Carbonsäuren dar. Diese funk- tionellen Gruppen stehen somit grundsätzlich für Funktionalisierungsreaktionen der genannten Polymere zur Verfügung. Derartige Reaktionen sind ebenfalls im Stand der Technik bekannt und werden üblicherweise in Lösungen durchgeführt; beispielhaft sei hier nur die Verseifung der Esterfunktion genannt. All acrylate polymers share as a characteristic the presence of carboxyl or corresponding ester groups and thus represent, structurally speaking, derivatives of carboxylic acids. These functional groups are thus basically available for functionalization reactions of the polymers mentioned. Such reactions are also known in the art and are usually carried out in solutions; By way of example, only the saponification of the ester function is mentioned here.
Darüber hinaus sind zahlreiche mehrfunktionelle Acrylat-Monomere bekannt, welche in der Herstel- lung von Acrylat-Monomeren eingesetzt werden können; beispielhaft genannt seien hier Di- und Triacrylate (z.B. Ethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat), hydroxysubstituierte Acrylate (z.B. 2-Hydroxyethylacetat), Ether (z.B. Ethyldiglycolacrylat), Amine (z.B. Dimethylaminoethylac- rylat, tert.Butylaminoethylmethacrylat), epoxy-derivatisierte Acrylate (z.B. Glycidylacrylat, Glycidy- methacrylat) und Sulfonsäuren (z.B. 2-Sulfoethylmethacrylat).
Die strukturelle Breite von verfügbaren Acrylat-Monomeren sowie die vielfältigen Einsatzmöglichkei- ten von Comonomeren bei der Herstellung von Acrylat-Polymeren erlauben im Stand der Technik bereits eine breite Variation von Reaktionsprodukten, d.h., Acrylat-Polymeren, wobei die Eigenschaften dieser Acrylat-Polymeren durch die Auswahl der bei der Herstellung verwendeten Mono- meren gezielt beeinflusst werden kann. In addition, numerous polyfunctional acrylate monomers are known which can be used in the preparation of acrylate monomers; Examples which may be mentioned here are di- and triacrylates (eg ethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate), hydroxy-substituted acrylates (eg 2-hydroxyethyl acetate), ethers (eg ethyl diglycol acrylate), amines (eg dimethylaminoethyl acrylate, tert-butylaminoethyl methacrylate), epoxy-derivatized acrylates (eg glycidyl acrylate, Glycidyl methacrylate) and sulfonic acids (eg 2-sulfoethyl methacrylate). The structural latitude of available acrylate monomers and the wide range of possible uses of comonomers in the production of acrylate polymers already allow a wide variety of reaction products, ie, acrylate polymers, in the prior art Selection of the monomers used in the preparation can be specifically influenced.
Weiterhin können die Eigenschaften von Acrylat-Polymeren gezielt durch polymeranaloge Reaktionen und/oder Vernetzungsreaktionen (mit den fertigen Acrylat-Polymeren als Ausgangsmaterialien für weitere Funktionalisierungsreaktionen) beeinflusst werden. Furthermore, the properties of acrylate polymers can be specifically influenced by polymer-analogous reactions and / or crosslinking reactions (with the finished acrylate polymers as starting materials for further functionalization reactions).
Acrylat-Polymere, die unter Beteiligung mehrfunktioneller Comonomere erhalten wurden, sind von besonderem Interesse, wenn es darum geht, Vernetzungreaktionen an den Polymeren durchzuführen. Je nach der Natur der durch das mehrfunktionelle Acrylat in das Makromolekül eingeführten reaktiven Gruppe sind solche Vernetzungsreaktionen unter Verwendung von Zweitkomponenten (die mit den vorhandenen funktionellen Gruppen reagieren) oder auch durch Strahlenhärtungsreaktionen bekannt. Acrylate polymers obtained with the participation of polyfunctional comonomers are of particular interest when it comes to carrying out crosslinking reactions on the polymers. Depending on the nature of the reactive group introduced into the macromolecule by the multifunctional acrylate, such crosslinking reactions are known using second components (which react with the functional groups present) or else radiation curing reactions.
Vernetzungsreaktionen mit Zweitkomponenten (Vernetzern) finden üblicherweise in Lösungen statt. Derartige Reaktionssysteme ermöglichen üblicherweise eine gute Durchmischung der Reaktanden sowie eine gute Temperaturführung der Reaktionen. Problematisch kann es jedoch sein, das Lösungsmittel aus dem fertigen Reaktionsprodukt zu entfernen. Durch die Vernetzung erhöht sich die Molekül masse der Polymeren, und damit steigt auch ihr Vermögen, kleine Moleküle (wie etwa Lösungsmittel) im Molekülverband zurückzuhalten. Dies ist für viele technische Anwendungen unerwünscht, da sich mit der Anwesenheit solcher Lösungsmittelreste die Eigenschaften des Polymers ändern können und insbesondere im Laufe der Anwendung (durch Ausdunsten) unkontrollierte und unerwünschte Eigenschaftsänderungen auftreten können. Auch unter Umweltaspekten ist ein solches Verhalten evtl. problematisch. Zudem lassen sich dickere Schichten aus Lösungsmittel generell nur eingeschränkt erzeugen. Die Trocknung gestaltet sich zunehmend kostenintensiver bzw. es verbleiben hohe Restgehalte an Lösungsmittel im Endprodukt. Crosslinking reactions with secondary components (crosslinkers) usually take place in solutions. Such reaction systems usually allow a good mixing of the reactants and a good temperature control of the reactions. However, it can be problematic to remove the solvent from the finished reaction product. Crosslinking increases the molecular weight of the polymers, and thus increases their ability to retain small molecules (such as solvents) in the molecular structure. This is undesirable for many technical applications, since the properties of the polymer can change with the presence of such solvent residues and, in particular during use (by evaporation), uncontrolled and undesired property changes can occur. Even under environmental aspects such a behavior may be problematic. In addition, thicker layers of solvent can generally produce only limited. The drying process is increasingly cost-intensive or high residual contents of solvent remain in the end product.
Derartige Probleme stellen sich bei der Verwendung von Strahlenhärtungsreaktionen nicht notwendigerweise, da diese Reaktionen auch mit lösungsmittelfreien Systemen durchgeführt werden können. Jedoch ergibt sich hierbei als limitierender Faktor die Schichtdicke des Systems, da die Ein- dringtiefe der die Reaktionen auslösenden Strahlen nicht beliebig gesteigert werden können. Damit sind derartige Reaktionen oft nur in dünnen Schichten in homogener, kontrollierter Weise durchzuführen.
Funktionalisierungen für Acrylate sind allgemein bekannt und werden üblicherweise in Lösungsmitteln durchgeführt. Zudem sind sie an das Vorhandensein definierter, funktioneller Gruppen geknüpft; d.h. bereits bei der Polymerisation ist es nötig, eine Vorauswahl zu treffen, bestimmte funktionelle Monomere auszuwählen, die für die entsprechende Folgereaktion parat stehen. Das Europäische Patent Nr. EP 1 627 023 B offenbart ein Verfahren zur lösemittelfreien Herstellung UV-vernetzbarer Polyacrylate. Dieses basiert auf dem Einsatz copolymerisierbarer Fotoinitiatoren, d.h., spezieller Monomere, die während des Polymerisationsvorganges in das Acrylat-Polymer eingebaut werden und dessen Vernetzung durch UV-Einwirkung ermöglichen. Ein zusätzliches Vernetzungsmittel kommt hierbei nicht zum Einsatz. Die Europäische Patentanmeldung Nr. 1 234 851 offenbart eine vernetzbare Kautschuk- Zusammensetzung aus einem Nitrilgruppen enthaltenden Kautschuk, der darüber hinaus Monomereinheiten eines ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuremonoalkylestermonomers enthält, wobei ein Polyamin als Vernetzungsmittel dienen kann und ein basischer Vernetzungsbeschleuniger eingesetzt wird. Die Dicarbonsäuremonoalkylestermonomer-Einheiten, die sich strukturell von den Polyacrylat-Einheiten der vorliegenden Erfindung unterscheiden, dienen hierbei als reaktive Gruppen für die Verlinkung über das Vernetzungsmittel. Such problems do not necessarily arise with the use of radiation curing reactions, since these reactions can also be carried out with solventless systems. However, the limiting factor here is the layer thickness of the system, since the penetration depth of the jets causing the reactions can not be arbitrarily increased. Thus, such reactions are often only in thin layers in a homogeneous, controlled manner to perform. Functionalizations for acrylates are well known and are usually carried out in solvents. Moreover, they are linked to the existence of defined, functional groups; that is, already in the polymerization, it is necessary to make a preselection, to select certain functional monomers that are ready for the corresponding subsequent reaction. European Patent No. EP 1 627 023 B discloses a process for the solvent-free preparation of UV-crosslinkable polyacrylates. This is based on the use of copolymerizable photoinitiators, ie, specific monomers which are incorporated into the acrylate polymer during the polymerization process and allow its crosslinking by UV action. An additional crosslinking agent is not used here. European Patent Application No. 1 234 851 discloses a crosslinkable rubber composition of a nitrile group-containing rubber further containing monomer units of an ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monoalkylester monomer, wherein a polyamine can serve as a crosslinking agent and a basic crosslinking accelerator is used. The dicarboxylic acid monoalkyl ester monomer units, which differ structurally from the polyacrylate units of the present invention, serve as reactive groups for linking via the crosslinking agent.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Funktionalisierung von Acrylat-Polymeren bereitzustellen, welches ohne Einwir- kung von Strahlung und ohne Lösungsmittel auskommt. Es bietet einen erheblichen praktischen Vorteil, auf einen Pool an Standardpolymeren und entsprechende Verfahren zurückgreifen zu können, welche Anpassungen an die jeweilige Verwendung maßgeschneidert in einem Spätstadium der Wertschöpfung direkt aus der Schmelze erlauben. Starting from the known prior art, it is an object of the present invention to provide a process for the functionalization of acrylate polymers, which manages without the action of radiation and without solvents. There is a considerable practical advantage of being able to resort to a pool of standard polymers and corresponding processes which allow tailor-made adjustments to the particular application in a late stage of the value added directly from the melt.
Als„Acrylat-Polymere" im Sinne der Erfindung werden dabei Homo- und Copolymere der Acrylsäu- re und/oder Methacrylsäure sowie ihrer Ester verstanden. Hierbei können die die Estergruppe bildenden Reste keine weitere Funktionalität tragen (d.h., Kohlenwasserstoffreste darstellen) oder funktionalisiert sein. Es eignen sich im Wesentlichen sämtliche im Stand der Technik als Bestandteil von Acrylat-Polymeren bekannten Acryl- und Methacrylsäureeester. Homopolymer and copolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid and their esters are understood as "acrylate polymers" in the sense of the invention, in which case the radicals forming the ester group can not bear any further functionality (ie represent hydrocarbon radicals) or be functionalized. Essentially all acrylic and methacrylic acid esters known in the art as constituents of acrylate polymers are suitable.
Das Acrylat-Polymer kann ferner aus Homo- und Copolymeren des Methyl-, Ethyl-, Butyl-, 2- Ethylhexyl-, Cyclohexyl-, Dodecyl-, 2-Hydroxyethyl- oder 2-Dimethylaminoethylesters der Acryl- oder Methacrylsäure und Copolymeren dieser Monomere ausgewählt werden. Die Copolymere
können darüber hinaus noch weitere Comonomere aufweisen, welche nicht der Gruppe der Acrylat- Monomere entstammen. The acrylate polymer may further be selected from homo- and copolymers of methyl, ethyl, butyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, dodecyl, 2-hydroxyethyl or 2-dimethylaminoethyl ester of acrylic or methacrylic acid and copolymers of these monomers become. The copolymers may also have other comonomers, which do not originate from the group of acrylate monomers.
Besonders bevorzugt sind Homopolymere der Monomeren Methylacrylat, Ethylacrylat, Octylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, sowie Copolymere, die diese Monomeren als Comonomere enthalten. Particularly preferred are homopolymers of the monomers methyl acrylate, ethyl acrylate, octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, as well as copolymers containing these monomers as comonomers.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäß zu funktionalisierenden Acrylat-Polymere auch weitere Comomomer-Bestandteile, die selbst keine Acrylsäure- oder Methacrylsäure-Derivate darstellen müssen, aufweisen. Hierbei eignen sich im Wesentlichen sämtliche im Stand der Technik als Comonomere für Acrylat-Polymere geeigneten Monomere. Beispiele für geeignete Comonomere sind etwa Acrylnitril, Methacrylnitril, Styrol, 1 ,3-Butadien, 1 ,2-Butadien, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylchlorid und Vinylidenchlorid. Darüber hinaus können die Acrylat-Polymere zwischen 0 und bis zu 100 mol-%, bevorzugt zwischen 0 und 20 mol-%, mehr bevorzugt zwischen 0 und 10 mol-% freie Carboxygruppen enthalten. In addition, the acrylate polymers to be functionalized according to the invention may also have further comonomer constituents, which themselves do not have to represent acrylic acid or methacrylic acid derivatives. Essentially all monomers which are suitable as comonomers for acrylate polymers in the prior art are suitable here. Examples of suitable comonomers include acrylonitrile, methacrylonitrile, styrene, 1, 3-butadiene, 1, 2-butadiene, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl chloride and vinylidene chloride. In addition, the acrylate polymers may contain between 0 and up to 100 mol%, preferably between 0 and 20 mol%, more preferably between 0 and 10 mol% of free carboxy groups.
Bevorzugt enthalten die Acrylat-Polymere der vorliegenden Erfindung keine ethylenischen Dicar- bonsäuren oder ihre Monoalkyl- bzw. Dialkylester als Comonomere. The acrylate polymers of the present invention preferably contain no ethylenic dicarboxylic acids or their monoalkyl or dialkyl esters as comonomers.
Derartige Acrylat-Polymere werden erfindungsgemäß in Abwesenheit von Lösungsmitteln (d.h., in der Schmelze) und in einem Temperaturbereich zwischen 50 °C und 350°C, bevorzugt zwischen 100°C und 200 °C, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, mit einem funktionalisierenden Agens umgesetzt. Such acrylate polymers according to the invention in the absence of solvents (ie, in the melt) and in a temperature range between 50 ° C and 350 ° C, preferably between 100 ° C and 200 ° C, optionally in the presence of a catalyst, with a functionalizing agent implemented.
Wie es sich überraschenderweise gezeigt hat, erlauben Amine sehr vielfältig die allgemeine Modifikation von Acrylaten in der Schmelze. Die vorliegende Erfindung offenbart Möglichkeiten, die über den dargestellten Stand der Technik deutlich hinausgehen. As it has surprisingly been found, amines very widely allow the general modification of acrylates in the melt. The present invention discloses possibilities that go well beyond the illustrated prior art.
Als funktionalisierendes Agens im Sinne der Erfindung dienen organische Verbindungen mit mindestens einer primären (-NH2) oder sekundären (-NH-) Aminofunktion oder Aminogruppe. Diese primäre oder sekundäre Aminogruppe reagiert im Laufe der Umsetzung mit einer Esterfunktion des Acrylat-Polymers unter Bildung einer Amid-Funktion (Carbonsäureamid). Die Reaktion führt also zum Austausch einer Seitenkette am Polyacrylat-Backbone, wobei jeweils für jede ursprüngliche Seitenkette (aus einer Esterfunktion), die aus dem Makromolekül entfernt wird, eine neue Seitenkette (aus einer Amidfunktion) eingeführt wird. Functionalizing agents in the context of the invention are organic compounds having at least one primary (-NH 2 ) or secondary (-NH) amino function or amino group. This primary or secondary amino group reacts in the course of the reaction with an ester function of the acrylate polymer to form an amide function (carboxylic acid amide). The reaction thus leads to the replacement of a side chain on the polyacrylate backbone, wherein a new side chain (from an amide function) is introduced in each case for each original side chain (from an ester function) which is removed from the macromolecule.
Je nach der Ausgestaltung des funktionalisierenden Agens ist es damit möglich, den Aufbau des Acrylat-Polymers gezielt zu modifizieren. Im einfachsten Fall, wenn es sich bei dem funktionalisierenden Agens um eine organische Verbindung handelt, die außer der genannten primären oder
sekundären Aminofunktion keine weitere Funktionalität aufweist, findet somit einfach ein Austausch einer Ester- gegen eine Amidseitenkette statt. Depending on the design of the functionalizing agent, it is thus possible to specifically modify the structure of the acrylate polymer. In the simplest case, when the functionalizing agent is an organic compound other than the said primary or secondary amino functionality has no further functionality, thus easy replacement of an ester takes place against an amide side chain.
In einer anderen Ausführungsform stellt das funktionalisierende Agens eine organische Verbindung mit mindestens einer zusätzlichen Funktionalität zu der primären oder sekundären Aminofunktion pro Molekül dar. Auf diese Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die gezielte Einführung weiterer Funktionalitäten in das Acrylat-Polymer. In another embodiment, the functionalizing agent is an organic compound having at least one additional functionality to the primary or secondary amino function per molecule. In this way, the inventive method allows the targeted introduction of further functionalities in the acrylate polymer.
Die auf diese Weise in das Acrylat-Polymer einzuführenden Funktionalitäten sind vielfältig. Eine Limitierung kann allenfalls aus einem unerwünschten Zusammenspiel der beteiligten Funktionalitäten herrühren bzw. aus sich daraus ergebenden unerwünschten Reaktionen. In einer weiteren Ausführungsform stellt das funktionalisierende Agens ein organisches Di- oder Polyamin mit mindestens zwei oder mehr primären und/oder sekundären Aminogruppen pro Molekül dar. Die Funktionalisierung stellt in diesem Fall eine Vernetzung des Acrylat-Polymers dar. The functionalities to be introduced into the acrylate polymer in this way are manifold. At best, a limitation can result from an undesired interaction of the functionalities involved or from the resulting undesirable reactions. In a further embodiment, the functionalizing agent is an organic di- or polyamine having at least two or more primary and / or secondary amino groups per molecule. The functionalization in this case represents a crosslinking of the acrylate polymer.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem diskontinuerlichen Prozess (,,batch"-Verfahren), oder in einem kontinuierlichen Prozess, etwa in einem beheizbaren Extruder, durchgeführt werden. Die Umsetzung kann prinzipiell in allen Apparaturen durchgeführt werden, die zur Durchführung von Reaktionen in schmelzflüssigem Zustand geeignet sind. Derartige Apparaturen sind auch als Schmelzemischer bekannt. Die Reaktion kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sowie bei Normaldruck wie bei erhöhtem/ erniedrigtem Druck durchgeführt werden. Geeignete Apparaturen sind beispielsweise kontinuierlich arbeitende Ein- und Mehrwellenkneter wie beispielsweise Knetauto- klaven, Buss-Kneter oder Zweischneckenextruder. Die Reaktion kann auch in einem gerührten Autoklaven durchgeführt werden, der über intensiv mischende aber wenig scherende Schmelzmischeinrichtungen verfügt. Diese Art der Durchführung ist insbesondere dann geeignet, wenn relativ flüchtige Verbindungen eingesetzt werden. The process according to the invention can be carried out in a batch process or in a continuous process, for example in a heatable extruder The reaction can in principle be carried out in all apparatuses suitable for carrying out reactions in the molten state The reaction can be carried out continuously or batchwise and under normal pressure as well as elevated / reduced pressure Suitable apparatuses are, for example, continuous single- and multi-shaft kneaders such as kneading autoclaves, Buss kneaders or twin-screw extruders The reaction can also be carried out in a stirred autoclave having intensive mixing but low shear melt mixing means, which is particularly useful when relatively volatile compounds are used.
Eine besonders bevorzugte Methode zur Durchführung des Verfahrens ist die kontinuierliche Schmelzextrusion in Ein- oder Doppelschneckenextrudern, weil bei dieser Methode eine besonders intensive Mischung möglich ist. Die Reaktion kann daher auch mit zähen Schmelzen durchgeführt werden, wodurch bei niedrigen Reaktionstemperaturen gearbeitet werden kann. Eine optimale Mischung ohne hohe Scherung sorgt weiterhin für eine sehr gleichmäßige Vermischung des Reaktionsgutes. Auch Zusätze wie bspw. Farbstoffe werden gleichmäßig im Polymer verteilt. Die Verweil- zeit in der beheizten Zone wird auf ein Optimum beschränkt, um eine überflüssige Temperaturbelastung des Reaktionsgutes zu vermeiden.
Das Verfahren beinhaltet die Schritte des In-Kontakt-bringens des Acrylat-Polymeren in geschmolzenem Zustand mit dem funktionalisierenden Agens, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, dem Mischen der Komponenten, und dem Aufrechterhalten einer Reaktionstemperatur in der Mischung im Bereich zwischen 50 °C und 350 °C, bevorzugt 100 °C und 200 °C, für einen zur Um- setzung der Komponenten hinreichenden Zeitraum. A particularly preferred method for carrying out the process is the continuous melt extrusion in single or twin screw extruders, because in this method a particularly intensive mixing is possible. The reaction can therefore be carried out with tough melts, which can be carried out at low reaction temperatures. An optimal mixture without high shear also ensures a very uniform mixing of the reaction mixture. Also additives such as dyes are evenly distributed in the polymer. The residence time in the heated zone is limited to an optimum, in order to avoid an unnecessary temperature load on the reaction mixture. The method includes the steps of contacting the acrylate polymer in a molten state with the functionalizing agent, optionally in the presence of a catalyst, mixing the components, and maintaining a reaction temperature in the mixture in the range between 50 ° C and 350 ° C ° C, preferably 100 ° C and 200 ° C, for a sufficient time for the implementation of the components period.
Als Katalysatoren kommen grundsätzlich alle Verbindungen in Betracht, die dem Fachmann als geeignete Katalysatoren für die Umsetzung eines Carbonsäureesters in ein Carbonsäureamid bekannt sind (siehe, z.B., F. Körte (Hrsg.), Methodicum Chimicum, Band 6: C-N-Verbindungen, Thie- me, Stuttgart 1974, Kapitel 17; oder R. Larock (Hrsg.), Comprehensive Organic Transformations, 2. Auflage, Wiley-VCH, New York 1999, Kapitel„Interconversion of Nitriles, Carboxylic Acids and Derivatives"), und die von ihren physikalischen Eigenschaften her geeignet sind, unter den oben geschilderten Verfahrensbedingungen eingesetzt zu werden. Suitable catalysts are in principle all compounds which are known to the person skilled in the art as suitable catalysts for the reaction of a carboxylic acid ester into a carboxylic acid amide (see, for example, F. Körte (ed.), Methodicum Chimicum, Volume 6: CN compounds, me, Stuttgart 1974, Chapter 17, or R. Larock (ed.), Comprehensive Organic Transformations, 2nd Ed., Wiley-VCH, New York 1999, Chapter "Interconversion of Nitriles, Carboxylic Acids and Derivatives"), and those of their own physical properties are suitable to be used under the process conditions described above.
Als Katalysatoren erfindungsgemäß besonders geeignet sind Brönstedt-Säuren, insbesondere organische Säuren, und hier insbesondere Carbonsäuren, wobei solche Carbonsäuren bevorzugt sind, welche unter den Verfahrensbedingungen nicht flüchtig sind. Eine geeignete Ausführungsform stellen hier beispielsweise Kohlenwasserstoffharze mit Carboxyfunktionalität bzw. mehreren Car- boxyfunktionalitäten pro Molekül dar. Particularly suitable catalysts according to the invention are Brönstedt acids, in particular organic acids, and in particular carboxylic acids, preference being given to those carboxylic acids which are not volatile under the process conditions. A suitable embodiment here represent, for example, hydrocarbon resins with carboxy functionality or a plurality of carboxyl functionalities per molecule.
Alternativ können auch Vertreter der für den Zweck der Umsetzung eines Carbonsäureesters in ein Carbonsäureamid ebenfalls als geeignet bekannten Verbindungsklasse der Lewis-Säuren einge- setzt werden. Alternatively, it is also possible to use representatives of the class of Lewis acids which are also known to be suitable for the purpose of reacting a carboxylic acid ester in a carboxylic acid amide.
Der Katalysator kann hierbei in Bereichen zwischen 0,5 und 10 Gewichts-%, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Reaktanden (Acrylat-Polymer und funktionalisierendes Agens) eingesetzt werden. Auch größere oder kleinere Gewichtsverhältnisse können - je nach Reaktionsbedingungen und Reaktanden - ggf. verwirklicht werden. Als geeignete Acrylat-Polymere kommen insbesondere Polymere mit einem Molekulargewicht im Bereich zwischen 10.000 g/mol und 2.000.000 g/mol, bevorzugt zwischen 10.000 g/mol und 200.000 g/mol, in Frage. Es können jedoch auch Acrylat-Polymere außerhalb dieser Bereiche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren funktionalisiert werden, vorausgesetzt die entsprechenden Acrylat-Polymeren liegen bei den Temperaturen des Verfahrens in geschmolzenem Zustand vor. In einer weiteren Ausführungsform ist das Acrylat-Polymer bei Raumtemperatur fest.
Als funktionalisierende Agenzien können sowohl aliphatische als auch aromatische primäre oder sekundäre Amine eingesetzt werden. Diese Amine können sowohl eine wie auch mehrere weitere funktionelle Gruppen enthalten, die dadurch charakterisiert sind, dass sie in Gegenwart einer entsprechenden Aminofunktion stabil sind. Die funktionalisierenden Agenzien werden üblicherweise in einem molaren Anteil von 0,1 bis 100 mol-%, bezogen auf den Gehalt von Carboxy- bzw. Carbonsäureesterfunktionen im verwendeten Acrylat-Polymer, eingesetzt. The catalyst can in this case be used in ranges between 0.5 and 10% by weight, preferably between 0.5 and 5% by weight, based on the weight of the reactants used (acrylate polymer and functionalizing agent). Even larger or smaller weight ratios can - if necessary, be realized depending on the reaction conditions and reactants. Suitable acrylate polymers are in particular polymers having a molecular weight in the range between 10,000 g / mol and 2,000,000 g / mol, preferably between 10,000 g / mol and 200,000 g / mol, in question. However, acrylate polymers outside of these ranges can also be functionalized by the process of the present invention, provided the corresponding acrylate polymers are in molten state at the temperatures of the process. In another embodiment, the acrylate polymer is solid at room temperature. As functionalizing agents it is possible to use both aliphatic and aromatic primary or secondary amines. These amines may contain one or more other functional groups characterized by being stable in the presence of a corresponding amino function. The functionalizing agents are usually used in a molar proportion of 0.1 to 100 mol%, based on the content of carboxy or carboxylic ester functions in the acrylate polymer used.
In einer weiteren Ausführungsform stellen die funktionalisierenden Agenzien aliphatische oder aromatische, primäre oder sekundäre Amine dar. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um aliphatische oder aromatische, primäre oder sekundäre Diamine. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um aliphatische oder aromatische, primäre oder sekundäre Polyamine. In another embodiment, the functionalizing agents are aliphatic or aromatic, primary or secondary amines. In a preferred embodiment, they are aliphatic or aromatic, primary or secondary diamines. In a further preferred embodiment, these are aliphatic or aromatic, primary or secondary polyamines.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, Acrylat-Polymere über einen breiten Bereich zu funktionalisieren, d.h., auch solche funktionellen Gruppen in das Makromolekül einzu- führen, welche auf dem Wege der Copolymerisation eines entsprechenden Comonomeren nicht eingeführt werden können. Solche Funktionalisierungen umfassen sowohl polymeranaloge Reaktionen (d.h., Reaktionen, bei welchen sich das Molekulargewicht des Makromoleküls nicht wesentlich ändert) als auch Vernetzungsreaktionen (bei denen sich das Molekulargewicht erhöht) , wie auch die Verbindung von Makromolekülen mit entsprechend funktionalisierten festen Stoffen (etwa ent- sprechend funktionalisiertes Siliziumdioxid, Silikate oder andere zur Oberflächenfunktionalisierung geeigneten anorganischen oder organischen Feststoffe, Ruße, Fullerene, etc., die mit primären oder sekundären Aminofunktionen versehen sind) oder Biomolekülen (Proteinen, Aminosacchari- den, und dergl.). Eine derartige Funktionalisierung kann auch an Form- oder Werkstücken entsprechender Zusammensetzung vorgenommen werden, um deren Oberflächen für eine entsprechende Reaktion zu präparieren. Beispielsweise können Aminofunktionen über Plasma-By means of the process according to the invention, it is possible to functionalize acrylate polymers over a wide range, i.e. to introduce into the macromolecule those functional groups which can not be introduced by the copolymerization of a corresponding comonomer. Such functionalizations include both polymer-analogous reactions (ie, reactions in which the molecular weight of the macromolecule does not change significantly) and crosslinking reactions (in which the molecular weight increases), as well as the combination of macromolecules with correspondingly functionalized solids (approximately corresponding functionalized silica, silicates or other inorganic or organic solids suitable for surface functionalization, carbon blacks, fullerenes, etc. provided with primary or secondary amino functions) or biomolecules (proteins, aminosaccharides, and the like). Such a functionalization can also be carried out on molds or workpieces of appropriate composition in order to prepare their surfaces for a corresponding reaction. For example, amino functions via plasma
Funktionalisierungsreaktionen an entsprechenden Oberflächen eingeführt werden, die dann mit Acrylat-Polymeren reagieren können. Dies kann etwa dazu eingesetzt werden, um die Haftung von Acrylat-Polymeren an den Oberflächen derartiger Werkstücke zu verbessern. Functionalization reactions are introduced on corresponding surfaces, which can then react with acrylate polymers. This can be used, for example, to improve the adhesion of acrylate polymers to the surfaces of such workpieces.
Gegenstand der Erfindung sind neben dem Verfahren zur Funktionalisierung auch die mittels des Verfahrens erhaltenen, strukturell modifizierten Acrylat-Polymere. In addition to the process for functionalization, the invention also relates to the structurally modified acrylate polymers obtained by the process.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Beispiel 1 : Umsetzung von acResin® DS 3500 mit Jeffamine® M-2070: Erhöhung der Wasserlöslichkeit durch Einführung einer hydrophilen Seitenkette Detailed Description of Preferred Embodiments Example 1: Reaction of acResin® DS 3500 with Jeffamine® M-2070: Increasing the water solubility by introducing a hydrophilic side chain
Ausgangsstoffe: acResin® DS 3500 (BASF) ist ein Polybutylacrylat mit einem Molekulargewicht von ca 50.000 g/mol. Vorhandene Carboxylgruppen lassen sich durch Titration mit KOH bestimmen; der Verbrauch beläuft sich 52 mg KOH pro g Polymer. Nach Angaben des Herstellers ist das Produkt mit Wasser zu weniger als 10% mischbar. Starting materials: acResin® DS 3500 (BASF) is a polybutyl acrylate with a molecular weight of approx. 50,000 g / mol. Existing carboxyl groups can be determined by titration with KOH; the consumption is 52 mg KOH per g of polymer. According to the manufacturer, the product is miscible with water to less than 10%.
Jeffamine® M-2070 (Huntsman) ist ein gemischtes Poly(ethylenoxid)-(propylenoxid)-amin (Po- lyetheramin) der folgenden Struktur Jeffamine® M-2070 (Huntsman) is a mixed poly (ethylene oxide) (propylene oxide) amine (polyether amine) of the following structure
mit einer Molekülmasse von etwa 2.000 g/mol und einem Verhältnis y/x von 10/31 , d.h., es enthält überwiegend Polyethylenoxid-Einheiten und ist damit hydrophil. with a molecular weight of about 2,000 g / mol and a ratio y / x of 10/31, that is, it contains predominantly polyethylene oxide units and is thus hydrophilic.
Die Einführung von Polyetheramid-Seitenketten in das Polybutylacrylat-Molekül führt damit zu einer Erhöhung des hydrophilen Charakters des gesamten Makromoleküls und damit einer verbesserten Mischbarkeit/Löslichkeit in Wasser. Um eindeutig eine chemische Bindung nachzuweisen, wurde Referenzproben hergestellt, in den Ausführungsbeispielen mit * gekennzeichnet. Diese wurden nicht erwärmt, somit findet keine chemische Umsetzung statt; maximal liegen hier Salzbindungen bzw. Wasserstoffbrücken vor; durch die Zugabe von Wasser lösen sich diese wieder auf. The introduction of polyetheramide side chains in the polybutyl acrylate molecule thus leads to an increase in the hydrophilic character of the entire macromolecule and thus improved miscibility / solubility in water. In order to clearly detect a chemical bond, reference samples were prepared, in the exemplary embodiments marked with *. These were not heated, so there is no chemical reaction; maximum are here salt bonds or hydrogen bonds before; By adding water they dissolve again.
Durchführung der Reaktion: Es wurden jeweils 20 g acResin DS 3500 vorgelegt und mit 2g (Beispiel C2 und C2*), 5g (Beispiel C5 und C5*) und 10 g (Beispiel C10 und C10*) M-2070 versetzt, erhitzt bzw. nur gemischt. Reaction: 20 g of acResin DS 3500 were initially introduced and mixed with 2 g (Example C2 and C2 *), 5 g (Example C5 and C5 *) and 10 g (Example C10 and C10 *) M-2070, heated or just mixed.
C2: 20 g ac Resin DS 3500 mit 2 g Jeffamine M-2070 erhitzt C2: 20 g ac Resin DS 3500 heated with 2 g Jeffamine M-2070
20,0 g acResin DS 3500 wurden zusammen mit 2,0 g Jeffamine M-2070 auf für 40 min auf 160°C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde ohne weitere Aufarbeitung 1 g des Produktes entnommen und mit 9,0 g destilliertem Wasser versetzt. Ein Großteil des Produktes verblieb ungelöst.
C5: 20 g ac Resin DS 3500 mit 5 g Jeffamine M-2070 erhitzt 20.0 g acResin DS 3500 were heated together with 2.0 g Jeffamine M-2070 to 160 ° C for 40 min. After cooling, 1 g of the product was removed without further work-up and admixed with 9.0 g of distilled water. Much of the product remained unresolved. C5: 20 g ac Resin DS 3500 heated with 5 g Jeffamine M-2070
20,0 g acResin DS 3500 wurden zusammen mit 5,0 g Jeffamine M-2070 auf für 40 min auf 160°C erhitzt Nach dem Abkühlen wurde ohne weitere Aufarbeitung 1 g des Produktes entnommen und mit 9,0 g destilliertem Wasser versetzt. Es bildete sich über Nacht eine milchige homogene Lösung. C10: 20 g ac Resin DS 3500 mit 10 g Jeffamine M-2070 erhitzt 20.0 g of acResin DS 3500 were heated together with 5.0 g of Jeffamine M-2070 to 160 ° C. for 40 min. After cooling, 1 g of the product was removed without further work-up and admixed with 9.0 g of distilled water. It formed overnight a milky homogeneous solution. C10: 20 g ac Resin DS 3500 heated with 10 g Jeffamine M-2070
20,0 g acResin DS 3500 wurden zusammen mit 10,0 g Jeffamine M-2070 auf für 40 min auf 160°C erhitzt Nach dem Abkühlen wurde ohne weitere Aufarbeitung 1 g des Produktes entnommen und mit 9,0 g destilliertem Wasser versetzt. Es bildete sich über Nacht eine durchscheinende homogene Lösung. C2*: 20 g ac Resin DS 3500 mit 2 g Jeffamine M-2017 ohne Erhitzen 20.0 g acResin DS 3500 were heated to 160 ° C. together with 10.0 g Jeffamine M-2070 for 40 min. After cooling, 1 g of the product was removed without further work-up and admixed with 9.0 g distilled water. It formed overnight a translucent homogeneous solution. C2 *: 20 g ac Resin DS 3500 with 2 g Jeffamine M-2017 without heating
0,91 g acResin DS 3500 und 0,09 g Jeffamine M-2070 wurden gemischt und mit 9,0 g destilliertem Wasser versetzt. Der weitaus größere Teil des Gemisches verblieb ungelöst. 0.91 g of acResin DS 3500 and 0.09 g of Jeffamine M-2070 were mixed and treated with 9.0 g of distilled water. The much larger part of the mixture remained unresolved.
C5*: 20 g ac Resin DS 3500 mit 5 g Jeffamine M-2070 ohne Erhitzen C5 *: 20 g ac Resin DS 3500 with 5 g Jeffamine M-2070 without heating
0,8 g acResin DS 3500 und 0,2 g Jeffamine M-2070 wurden gemischt und mit 9,0 g destilliertem Wasser versetzt. Der weitaus größere Teil des Gemisches verblieb ungelöst. 0.8 g of acResin DS 3500 and 0.2 g of Jeffamine M-2070 were mixed and added with 9.0 g of distilled water. The much larger part of the mixture remained unresolved.
C10*: 20 g ac Resin DS 3500 mit 10 g Jeffamine M-2070 ohne Erhitzen C10 *: 20 g ac Resin DS 3500 with 10 g Jeffamine M-2070 without heating
0,65 g acResin DS 3500 und 0,35 g Jeffamine M-2070 wurden gemischt und mit 9,0 g destillertem Wasser versetzt. Der weitaus größere Teil des Gemisches verblieb ungelöst. 0.65 g of acResin DS 3500 and 0.35 g of Jeffamine M-2070 were mixed and added with 9.0 g of distilled water. The much larger part of the mixture remained unresolved.
Ergebnis: Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem Austausch der Butylester- gegen Po- lyetheramid-Seitenketten, welche mit zunehmender Konzentration im Makromolekül dessen Eigenschaften (Wassermischbarkeit/-Iöslichkeit) gezielt verändern. Result: The process according to the invention leads to an exchange of the butyl ester for polyetheramide side chains, which change its properties (water miscibility / solubility) with increasing concentration in the macromolecule.
Beispiel 2: Umsetzung von Acronal® 4F mit meta-XylvIendiamin: Verqelunq eines Polvacrylats durch Vernetzung Ausgangsstoffe:
Acronal® 4F (BASF) ist ein Polybutylacrylat mit einem Molekulargewicht von 40.000 g/mol (ohne titrierbare Säuregruppen). Example 2: Reaction of Acronal® 4F with meta-xylenediamine: Cross-linking of a Polvacrylate by Crosslinking Starting Materials: Acronal® 4F (BASF) is a polybutyl acrylate with a molecular weight of 40,000 g / mol (without titratable acid groups).
Meia-Xylylendiamin (MDXA) ist ein primäres Amin mit zwei Aminofunktionen pro Molekül. Meia-xylylenediamine (MDXA) is a primary amine with two amino functions per molecule.
Foral® AX (Eastman) ist ein voll hydrogeniertes, saures Kohlenwasserstoffharz, das als Katalysator eingesetzt wird. Foral® AX (Eastman) is a fully hydrogenated, acidic hydrocarbon resin used as a catalyst.
Foral®NC ist ein teilweise neutralisiertes Kohlenwasserstoffharz (Säurezahl 120-138), das als Katalysator eingesetzt wird. Foral®NC is a partially neutralized hydrocarbon resin (acid number 120-138), which is used as a catalyst.
Durchführung der Reaktion: Execution of the reaction:
1 ,5 g Foral AX und 18,5 g Acronal 4F werden mit 1 ,0 g MXDA erhitzt auf 190°C erhitzt. Netto liegen zu Beginn 21 ,0 g Substanz vor. Nach wenigen Minuten zeigten sich Vergelungstendenzen. 1.5 g of Foral AX and 18.5 g of Acronal 4F are heated to 190 ° C. with 1.0 g of MXDA heated. Net are initially 21, 0 g of substance before. After a few minutes, there were signs of gagging.
Die Verwendung von 1 ,0 g (7,35 mmol) MXDA führt bei einer Verdrängung des Butanols aus der Esterbindung und Aufbau einer Amidbindung zu einer Abspaltung von 1 ,09 g Butanol bzw. zu einem entsprechenden Gewichtsverlust bei 100 % Umsatz. The use of 1, 0 g (7.35 mmol) MXDA results in a displacement of the butanol from the ester bond and build up an amide bond to a splitting of 1, 09 g of butanol or to a corresponding weight loss at 100% conversion.
Durch Erhitzen (190°C) und Kontrollwiegen wurde das Fortschreiten der Reaktion überwacht: Heating (190 ° C) and control weighing monitored the progress of the reaction:
Die ermittelten Gewichte zeigen das Auftreten einer Umsetzung zum Amid; die recht langen Zeiten können auch mit der verzögerten Diffusion aus dem Ansatz zusammenhängen und sind wahrscheinlich unabhängig von der eigentlichen Reaktion zu sehen. Verbesserung kann durch den Ein-
satz kleinerer und flüchtiger Gruppen erfolgen, auch im Sinne eines allgemein beschleunigt aktionsfortschrittes (auch Vakuum als Hilfsmittel). The determined weights show the occurrence of a conversion to the amide; The fairly long times may also be related to the delayed diffusion from the approach and are likely to be independent of the actual reaction. Improvement can be Smaller and more volatile groups take place, also in the sense of a generally accelerated progress of the action (also vacuum as an aid).
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Where applicable, all individual features illustrated in the embodiments may be combined and / or interchanged without departing from the scope of the invention.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung funktionalisierter Acrylat-Polymere, dadurch gekennzeichnet, dass ein Acrylat-Polymer, bei Temperaturen zwischen 50°C und 350°C, bevorzugt zwischen 100 °C und 200 °C, gegebenenfalls in der Gegenwart eines Katalysators, mit einem funktionalisierenden Agens umgesetzt wird, welches Agens mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweist, und wobei die Aminogruppe mit einer Estergruppe des Acrylat-Polymeren zu einer Amidfunk- tion umgesetzt wird, und wobei die Umsetzung in Abwesenheit eines Lösungsmittels stattfindet. 1. A process for the preparation of functionalized acrylate polymers, characterized in that an acrylate polymer, at temperatures between 50 ° C and 350 ° C, preferably between 100 ° C and 200 ° C, optionally in the presence of a catalyst, with a functionalizing A reagent is reacted, which agent has at least one primary or secondary amino group, and wherein the amino group is reacted with an ester group of the acrylate polymer to an amide function, and wherein the reaction takes place in the absence of a solvent.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das funktionalisierende A- gens mindestens eine weitere Funktionalität pro Molekül aufweist. 2. Method according to claim 1, characterized in that the functionalizing agent has at least one further functionality per molecule.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das funktionalisierende Agens ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus aliphatischen oder aromatischen primären oder sekundären Aminen. 3. A method according to claim 1 or 2, wherein the functionalizing agent is selected from a group consisting of aliphatic or aromatic primary or secondary amines.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das funktionalisierende A- gens eine Aminogruppe nach Anspruch 3 sowie mindestens eine weitere funktionelle Gruppe aufweist. 4. The method according to claim 1, characterized in that the functionalizing A gene gens having an amino group according to claim 3 and at least one further functional group.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das funktionierende Agens ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Di- oder Polyaminen. 5. The method according to claim 4, wherein the functional agent is selected from the group consisting of di- or polyamines.
6. Modifiziertes Acrylat-Polymer, erhältlich nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
6. Modified acrylate polymer, obtainable according to one of the preceding claims.
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