WO2020152616A1 - Polyurea-bodies and polyurea-coatings comprising improved mechanical properties - Google Patents

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Wu-song LI
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Abstract

Provided is a process for the production of a polyurea-body or a polyurea-body part from a mixture comprising polyetheramines and isocyanates, wherein the process at least comprises the following steps: a) preparing a mixture of polyamidoamine dendrimers (PAMAM dendrimers) and at least one polyetheramine; and b) reacting the mixture obtained in process step a) and polyfunctional isocyanates to obtain the body or body part.

Description

Polvureaformkörper und -Beschichtungen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften Polvure molded bodies and coatings with improved mechanical properties
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurea-Formkörpers oder eines Polyurea-Formkörperteiles aus einer Mischung umfassend Polyetheramine und Isocyanate, wobei das Verfahren mindestens die Schritte umfasst: a) Herstellen einer Mischung aus Polyamidoamin-Dendrimeren (PAMAM-Dendrimere) und mindestens einem Polyetheramin; und b) zur Reaktion bringen der aus Verfahrensschritt a) erhaltenen Mischung und polyfunktionellen Isocyanaten unter Erhalt des Formkörpers oder -teiles. The present invention relates to a method for producing a polyurea molded body or a polyurea molded body part from a mixture comprising polyetheramines and isocyanates, the method comprising at least the following steps: a) producing a mixture of polyamidoamine dendrimers (PAMAM dendrimers) and at least one Polyetheramine; and b) reacting the mixture and polyfunctional isocyanates obtained from process step a) to obtain the shaped body or part.
Die funktionellen Eigenschaften von Polymeren, also statistischen Molekülen aus sich wiederholenden Einzelbausteinen, ergeben sich aus einer komplexen Parametermatrix, welche neben der eigentlichen Monomerzusammensetzung beispielsweise auch die Herstellbedingungen, Prozessreihenfolge, den weiteren Verarbeitungsweg und die Verwendung von Additiven aufweist. Durch letztere lassen sich meistens zusätzliche Eigenschaften wie UV-Beständigkeit, Farbe, thermische Stabilität und Verarbeitbarkeit beeinflussen, wohingegen erstere einen großen Einfluss auf die grundlegenden Gebrauchseigenschaften der Polymere ausüben. So lassen sich beispielsweise über diese Wechselbeziehungen die mechanischen Eigenschaften von Polymeren in weiten Bereichen gezielt auf die jeweilig gewünschten Funktionalitäten einstellen, so dass diese Substanzen für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete im Bereich der Medizin, Kosmetik, der Baustoffindustrie, dem Korrosionsschutz und der Konsumgüterindustrie gezielte Lösungen bereitstellen. Bekannt und etabliert sind Kunststoffe mit elastischen Eigenschaften, welche aus einer Kombination mindestens zweier di- oder polyfunktioneller Monomere erhältlich sind. Zu den Vertretern dieser Klasse gehören beispielsweise Polyester, Polyurethane, Polyamidoamine, Polyamine und Polyurea. Insbesondere das Polyurea ist dabei als System mit schneller l Reaktionskinetik bekannt. Die kinetischen Randbedingungen resultieren in den allermeisten Anwendungen in einer Topfzeit im Sekundenbereich, welches den Einsatz maschineller Zweikomponenten-Mischanlagen erfordert. Als Funktion der eingesetzten Monomere lassen sich aber auch deutlich weniger reaktive Systeme finden. Diese basieren auf einer Zumischung sekundärer Amine, die eine manuelle Verarbeitung erlauben. Die erhältlichen Polyharnstoffe weisen gute bis sehr gute Chemikalienbeständigkeit sowie eine hohe Elastizität und Reißfestigkeit auf. Gerade für die schnell reagierenden Systeme ist eine Adaption der Eigenschaften schwierig, da die Reaktionskinetik die generelle Einsatzmöglichkeit von Zusatzstoffen und die Ausbildung von Gleichgewichtsstrukturen erschwert. The functional properties of polymers, i.e. statistical molecules made up of repeating individual building blocks, result from a complex parameter matrix which, in addition to the actual monomer composition, also shows, for example, the manufacturing conditions, process sequence, the further processing route and the use of additives. The latter can usually influence additional properties such as UV resistance, color, thermal stability and processability, whereas the former have a major influence on the basic properties of the polymers. For example, these interrelationships allow the mechanical properties of polymers to be specifically adjusted to the desired functionalities in a wide range, so that these substances provide targeted solutions for a wide range of applications in the fields of medicine, cosmetics, the building materials industry, corrosion protection and the consumer goods industry. Plastics with elastic properties are known and established, which can be obtained from a combination of at least two difunctional or polyfunctional monomers. Representatives of this class include, for example, polyesters, polyurethanes, polyamidoamines, polyamines and polyurea. The polyurea in particular is a system with a fast l Reaction kinetics known. In most applications, the kinetic boundary conditions result in a pot life in the range of seconds, which requires the use of mechanical two-component mixing systems. As a function of the monomers used, however, significantly less reactive systems can also be found. These are based on an admixture of secondary amines, which allow manual processing. The available polyureas have good to very good chemical resistance as well as high elasticity and tear resistance. Adapting the properties is particularly difficult for the fast-reacting systems, since the reaction kinetics complicate the general use of additives and the formation of equilibrium structures.
Es finden sich in der Literatur die unterschiedlichsten Möglichkeiten zur Funktionalisierung von Polyurea, entweder über die Anpassung der eingesetzten Monomerbausteine oder die Zugabe weiterer Additive. The literature contains a wide variety of options for functionalizing polyurea, either by adapting the monomer units used or by adding further additives.
So beschreibt beispielsweise schon die DE922736 C ein Verfahren zur Fierstellung von Polyharnstoffderivaten, dadurch gekennzeichnet, dass in Polyharnstoffen, welche basische Amine- bzw. Iminogruppen im Molekül enthalten, die Basizität der Aminogruppe in an sich bekannter Weise, insbesondere durch Acylierung, Oxalkylierung oder Sulfalkylierung abgeschwächt oder aufgehoben wird. For example, DE922736 C already describes a process for the preparation of polyurea derivatives, characterized in that in polyureas which contain basic amine or imino groups in the molecule, the basicity of the amino group is weakened in a manner known per se, in particular by acylation, oxalkylation or sulfalkylation or is canceled.
Die DE 10 20 0402 2683 A1 beschreibt einen Weg zur Steuerung der Eigenschaften über die eingesetzten Monomerbausteine. Das Verfahren beinhaltet die Fierstellung von Polyharnstoff- Sprühelastomeren durch Umsetzung von a) Polyisocyanaten mit b) Aminen und ist dadurch gekennzeichnet, dass als Polyisocyanate a) ai) Umsetzungsprodukte aus Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen mit 2,4'-MDI, einem Gemisch aus 2,4'-MDI und 4,4'-MDI mit einem Gehalt an 2,4'-MDI von mindestens 50 Gew.- % gegebenenfalls gemeinsam mit aii) Gemischen aus MDI und Polymethylen-polyphenylen- polyisocyanaten und/oder aiii) Isomeren von MDI, die durch Einbau von anderen als Urethangruppen modifiziert sein können, und als Amine b) ein Gemisch aus bi) mindestens einem Polyetheramin und bii) mindestens einem von bi) verschiedenen primären oder sekundären Amin als Kettenverlängerer eingesetzt werden. DE 10 20 0402 2683 A1 describes a way of controlling the properties via the monomer modules used. The process includes the production of polyurea spray elastomers by reacting a) polyisocyanates with b) amines and is characterized in that as polyisocyanates a) ai) reaction products from compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms with 2,4'-MDI, one Mixture of 2,4'-MDI and 4,4'-MDI with a content of 2,4'-MDI of at least 50% by weight, optionally together with aii) Mixtures of MDI and polymethylene-polyphenylene polyisocyanates and / or aiii ) Isomers of MDI, which can be modified by incorporation of groups other than urethane, and as amines b) a mixture of bi) at least one polyetheramine and bii) at least one primary or secondary amine different from bi) are used as chain extenders.
Die DE19 914 885 (A1 ) beschreibt einen Weg zur Modifikation der Eigenschaften von Thermoplasten durch den Einsatz von Zusatzstoffen. Das Dokument beschreibt Polyurethane, Polyurethan-Polyharnstoffe bzw. Polyharnstoffe in Form von Dispersionen, die mit 0,1 bis 15 Gew.-% Dimethylpyrazol modifiziert sind. DE19 914 885 (A1) describes a way of modifying the properties of thermoplastics through the use of additives. The document describes polyurethanes, Polyurethane-polyureas or polyureas in the form of dispersions which are modified with 0.1 to 15% by weight of dimethylpyrazole.
Trotz der schon bestehenden Möglichkeiten zur Adaption der Polymereigenschaften besteht weiterhin ein großes Interesse an weiteren Verfahren, welche insbesondere die mechanischen Eigenschaften der erhältlichen Polymere gezielt und reproduzierbar steuern und verbessern können. Des Weiteren besteht auch ein Interesse an verbesserten Formkörpern oder - Beschichtungen sowie einfach anzuwendenden Applikationssystem, mit deren Hilfe verbesserte Formkörpern oder -Beschichtungen erhältlich sind Despite the existing options for adapting the polymer properties, there is still great interest in further processes which, in particular, can specifically and reproducibly control and improve the mechanical properties of the polymers available. Furthermore, there is also an interest in improved moldings or coatings and an easy-to-use application system with the aid of which improved moldings or coatings can be obtained
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fierstellung von Polyurea mit verbesserten mechanischen Eigenschaften anzugeben. It is the object of the present invention to provide a process for the preparation of polyurea with improved mechanical properties.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen wird daher ein Verfahren zur Fierstellung eines Polyurea- Formkörpers oder eines Polyurea-Formkörperteiles gemäß Anspruch 1 und Polyurea- Formkörper nach Anspruch 10. Des Weiteren ist ein Kit-of-parts nach Anspruch 1 1 zur Fierstellung der Formkörper sowie die spezifische Verwendung des Kits nach Anspruch 12 erfindungsgemäß. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Sie können beliebig kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. According to the invention, therefore, a method for fixing a polyurea shaped body or a polyurea shaped body part according to claim 1 and a polyurea shaped body according to claim 10 is proposed. Furthermore, a kit-of-parts according to claim 11 for fixing the shaped bodies and the specific use of the Kits according to claim 12 according to the invention. Advantageous further developments are specified in the subclaims. They can be combined as required, unless the context clearly indicates the opposite.
Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Fierstellung eines Polyurea- Formkörpers oder eines Polyurea-Formkörperteiles aus einer Mischung umfassend Polyetheramine und Isocyanate, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte umfasst: a) Fierstellen einer Mischung aus Polyamidoamin-Dendrimeren (PAMAM-Dendrimere) und mindestens einem Polyetheramin; und b) Zur Reaktion bringen der aus Verfahrensschritt a) erhaltenen Mischung und polyfunktionellen Isocyanaten unter Erhalt des Formkörpers oder -teiles.According to the invention, the object is achieved by a method for producing a polyurea molded part or a polyurea molded part from a mixture comprising polyetheramines and isocyanates, the method comprising at least the following steps: a) producing a mixture of polyamidoamine dendrimers (PAMAM dendrimers) and at least one polyetheramine; and b) The mixture and polyfunctional isocyanates obtained from process step a) are reacted to give the shaped body or part.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass über oben angegebenes Verfahren besonders homogene Formkörper oder Formkörperteile erhältlich sind, welche sich zudem noch durch verbesserte mechanische Eigenschaften auszeichnen. Insbesondere der Verfahrensschritt über die PAMAM-Dendrimeren-Mischung kann dazu beitragen, dass sich im Vergleich zu Mischungen ohne diesen Bestandteil, eine verbesserte Zugfestigkeit und eine verbesserte Bruchdehnung ergibt. Sowohl die Bruchdehnung als auch die Zugfestigkeit kann dabei zu höheren Werten hin verschoben werden. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein kann über die Vormischung der PAMAM-Dendrimere mit den Polyetheraminen eine verbesserte Einarbeitbarkeit in den folgenden Verfahrensschritt b) erreicht werden, welches zu einem homogeneren Endprodukt beitragen kann. Zudem weisen die Dendrimere eine besonders hohe Anzahl funktioneller Gruppen auf, welche prinzipiell in der Lage sind, den Vernetzungsgrad im ersten und zweiten Verfahrensschritt zu beeinflussen. So kann beispielsweise die generelle Einarbeitbarkeit der PAMAM-Dendrimere durch eine teilweise Anreaktion der Dendrimere mit den Polyetheraminen gesteuert werden, sodass sich ein flexibles Reaktionssystem ergibt, dessen Eigenschaften über einen weiten Bereich steuerbar sind. Surprisingly, it was found that particularly homogeneous moldings or molded body parts can be obtained via the above-mentioned process, which are also distinguished by improved mechanical properties. In particular, the process step on the PAMAM-dendrimer mixture can contribute to the fact that compared to Mixtures without this ingredient, improved tensile strength and elongation. Both the elongation at break and the tensile strength can be shifted towards higher values. Without being bound by theory, the premixing of the PAMAM dendrimers with the polyetheramines can improve the incorporation into the following process step b), which can contribute to a more homogeneous end product. In addition, the dendrimers have a particularly high number of functional groups which are in principle able to influence the degree of crosslinking in the first and second process steps. For example, the general incorporation of the PAMAM dendrimers can be controlled by partially reacting the dendrimers with the polyetheramines, resulting in a flexible reaction system whose properties can be controlled over a wide range.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Polyurea-Formkörper oder Polyurea- Formkörperteile hergestellt. Polyurea oder Polyharnstoff bezeichnen Polymere, die über eine Polyaddition von Isocyanaten und Aminen erhältlich sind. Das Polymer weist zumindest in Teilen folgendes Strukturelement auf: Polyurea moldings or polyurea moldings are produced using the method according to the invention. Polyurea or polyurea refer to polymers that can be obtained via a polyaddition of isocyanates and amines. The polymer has at least in part the following structural element:
Figure imgf000005_0001
und gehört somit strukturell zu den Aminoplasten. Bevorzugt handelt es sich bei den vorliegenden Polyureaformteilen um„reine“ Polyurea-Formteile, d.h. nach Übereinkunft der Polyurea Development Assosiation (PDA) um Polyurea, welches keine Bestandteile mit Hydroxylgruppen enthält. Polyurea Formkörper oder Formkörperteile sind dabei entweder ganze oder Teile von Bauteilen, wie z.B. nur die Oberflächenbereiche eines Bauteiles, welche aus dem erfindungsgemäß hergestellten Polyurea bestehen oder dieses aufweisen. So können beispielsweise ganze Bauteile im Spritzgussverfahren aus dem erfindungsgemäßen Polyurea hergestellt werden oder man verwendet das erfindungsgemäße Polyurea zur Beschichtung ganzer oder von Teilen einer Bauteiloberfläche.
Figure imgf000005_0001
and is therefore structurally an aminoplast. The present polyurea molded parts are preferably “pure” polyurea molded parts, ie, according to the agreement of the Polyurea Development Association (PDA), polyurea which contains no components with hydroxyl groups. Polyurea moldings or molded body parts are either whole or parts of components, such as, for example, only the surface areas of a component which consist of or have the polyurea produced according to the invention. For example, entire components can be injection molded from the inventive Polyurea are produced or the polyurea according to the invention is used to coat all or part of a component surface.
Die Mischung zur Herstellung der Formkörperteile umfasst Polyetheramine und Isocyanate. Das bedeutet, dass die Formkörper zu einem Großteil aus Polyurea bestehen, wobei das Polyurea neben dem PAMAM-Dendrimeren aus zwei Hauptbestandteilen, einer Härter- und Harzkomponente gebildet wird. Die Harzkomponente wird im amerikanischen Raum als Komponente B und im europäischen Raum als Komponente A bezeichnet. Bevorzugt kann der Formkörper zu 70 Gew.-%, des Weiteren bevorzugt zu größer als 80 Gew.-%, weiter bevorzugt zu größer als 85 Gew.-% Polyharnstoff aufweisen. Des Weiteren kann der Formkörper noch weitere, übliche Additive wie Farbstoffe, Katalysatoren, Rheologiehilfsmittel und Haftvermittler (aminofunktionelle Trialkoxysilane), Füllstoffe (Silikate), Kettenverlängerer und Trocknungsmittel (z.B. Molekularsiebe) aufweisen. Bevorzugte Kettenverlängerer können eine Funktionalität von 2 aufweisen. Ein Beispiel für ein erfindungsgemäß einsetzbaren Kettenverlängerer ist Diemethylmethylbenzoldiamin. Im ersten Verfahrensschritt a) wird eine Mischung aus Polyamidoamin-Dendrimeren (PAMAM- Dendrimere) und mindestens einem Polyetheramin hergestellt. The mixture for the production of the molded body parts comprises polyether amines and isocyanates. This means that the moldings consist largely of polyurea, whereby the polyurea is formed in addition to the PAMAM dendrimer from two main components, a hardener and resin component. The resin component is called component B in America and component A in Europe. The molded body can preferably have 70% by weight, furthermore preferably greater than 80% by weight, more preferably greater than 85% by weight, of polyurea. Furthermore, the molded article can have other conventional additives such as dyes, catalysts, rheology aids and adhesion promoters (amino-functional trialkoxysilanes), fillers (silicates), chain extenders and drying agents (e.g. molecular sieves). Preferred chain extenders can have a functionality of 2. An example of a chain extender that can be used according to the invention is dimethylmethylbenzene diamine. In the first process step a), a mixture of polyamidoamine dendrimers (PAMAM dendrimers) and at least one polyetheramine is produced.
Polyamidoamin-Dendrimere (PAMAM-Dendrimere) sind aus verzweigten Amid- und Amin- Bausteinen aufgebaut und das Gesamtmolekül weist eine mehr oder minder kugelförmige Gestalt auf. Das Grundgerüst bildet ein Ethylendaminkern, an welchem wiederholt verzweigte Amidoaminstrukturen angehängt sein können. Die Oberfläche des Dendrimers weist Aminfunktionalitäten auf. Eine mögliche PAMAM-Dendrimerstruktur ergibt sich beispielsweise wie folgt: Polyamidoamine dendrimers (PAMAM dendrimers) are made up of branched amide and amine units and the entire molecule has a more or less spherical shape. The basic structure is an ethylenamine core, to which repeated branched amidoamine structures can be attached. The surface of the dendrimer has amine functionalities. A possible PAMAM dendrimer structure results, for example, as follows:
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000007_0001
Zur erfindungsgemäßen Mischung können PAMAM-Dendrimere nur einer oder unterschiedlicher Generationen eingesetzt werden. D.h. es ist also möglich, dass die oben dargestellte Grundstruktur durch weiteres Aufpropfen weiterer Generationen unter Vergrößerung des Molgewichts und Erhöhung der Amin-Funktionalität erweitert wird. Letzteres kann beispielsweise über konsekutive Reaktion des Grundmoleküls mit Methylacrylaten und anschließender Umsetzung mit Ethylendiamin erfolgen. PAMAM dendrimers of only one or different generations can be used for the mixture according to the invention. I.e. it is therefore possible for the basic structure shown above to be expanded by further grafting on further generations while increasing the molecular weight and increasing the amine functionality. The latter can be done, for example, by consecutive reaction of the basic molecule with methyl acrylates and subsequent reaction with ethylenediamine.
Polyetheramine sind Polymere, in denen primäre Amingruppen an den Enden eines Polyether- Grundgerüstes vorhanden sind. Das Polyether-Grundgerüst wird dabei üblicherweise aus Propylenoxid, Ethylenoxid oder gemischten Ethylen-/Propylenoxid-Bausteinen ausgebildet. Die eingesetzten Polyetheramine können dabei monodispers mit einem fixen Molekulargewicht oder in einer mehr oder minder breiten Molekulargewichtsverteilung vorliegen. Potentiell vorhandene Seitenketten können des Weiteren mit zusätzlichen primären Amingruppen belegt sein, sodass polyfunktionelle Polyetheramine mit mehr als zwei Amin- Funktionalitäten vorliegen. Bifunktionelle Polyetheramine können beispielsweise über folgende Strukturformeln dargestellt werden: Polyetheramines are polymers in which primary amine groups are present at the ends of a polyether backbone. The polyether backbone is usually formed from propylene oxide, ethylene oxide or mixed ethylene / propylene oxide building blocks. The polyetheramines used can be monodisperse with a fixed molecular weight or in a more or less broad molecular weight distribution. Potentially existing side chains can furthermore be occupied by additional primary amine groups, so that polyfunctional polyether amines with more than two amine functionalities are present. Bifunctional polyetheramines can be represented using the following structural formulas, for example:
Figure imgf000007_0002
Das Molekulargewicht der einsetzbaren Polyetheramine kann beispielsweise zwischen 200 und 5000 g/mol variieren. Bevorzugt kann die Funktionalität der Polyetheramin zwischen 2 und 4, des Weiteren bevorzugt zwischen 2 und 3 betragen. Es ist zudem möglich an dieser Stelle weitere sekundäre Polyetheramine zur Mischung hinzuzugeben. Dies kann beispielsweise die Reaktionsgeschwindigkeit im Verfahrensschritt b) verlängern.
Figure imgf000007_0002
The molecular weight of the polyetheramines that can be used can vary, for example, between 200 and 5000 g / mol. The functionality of the polyetheramine can preferably be between 2 and 4, further preferably between 2 and 3. It is also possible to add further secondary polyetheramines to the mixture at this point. This can, for example, extend the reaction rate in process step b).
Die Mischung der PAMAM-Dendrimeren und des Polyetheramins kann beispielsweise mechanisch unter Erwärmen stattfinden. Die Mischung kann rein physikalisch erfolgen oder es ist aber auch möglich, dass zumindest ein Teil der PAMAM-Dendrimere während des Mischvorgangs mit den Polyetheramin unter Ausbildung größerer Moleküle reagieren. Zweckmäßigerweise bildet in der Mischung das Polyetheramin die Hauptkomponente. Der Gewichts-Anteil an PAMAM-Dendrimeren im Verhältnis zum Polyetheramin kann beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 Gew.-% und 10 Gew.-% liegen. Vorzugsweise kann die Mischzeit zur homogenen Einmischung der Dendrime in das Polyetheramin zwischen größer oder gleich 5 Minuten und 5 Stunden betragen. Im zweiten Verfahrensschritt b) erfolgt das zur Reaktion bringen der aus Verfahrensschritt a) erhaltenen Mischung und polyfunktionellen Isocyanaten unter Erhalt des Formkörpers oder - Teiles. Die Mischung aus Verfahrensschritt a) wird also mit mindestens bi-funktionellen Isocyanaten unter Erhalt eines kovalent verknüpften, dreidimensionalen Netzwerkes ausreagiert. Bi-funktionelle Isocyanate ergeben sich dabei nach der allgemeinen Formel
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wobei R sowohl ein aromatisches, aliphatisches oder gemischtes Kohlenwasserstoffgerüst darstellt. Mögliche bi-funktionelle Isocyanate sind beispielsweise Toluol-2,4-diisocyanat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat bzw. Methylendiphenyldiisocyanat (MDI), Hexamethylen- diisocyanat (HDI, HMDI), Polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI), meta-Tetramethyl- xylylendiisocyanat (TMXDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 4,4’-Diisocyanatodicyclo- hexylmethan (H12MDI). Es ist auch möglich Mischungen dieser Isocyanate einzusetzen. Das Mengenverhältnis der in Verfahrensschritt a) hergestellten Mischung und der Menge an Isocyanat kann zweckmäßigerweise anhand der Funktionalität der Vormischung aus Verfahrensschritt a) und der Isocyanatfunktionalität bestimmt werden. Eine rein rechnerische Bestimmung der Funktionalität ist dabei ausreichend. Zweckmäßigerweise werden pro mol Amin- ein mol Isocyanatfunktionalität angesetzt. Das Mischungsverhältnis kann aber auch nicht stöchiometrisch sein. Mögliche Mischungsverhältnisse können zwischen 1 und 4 eingestellt werden (berechnet als Mol Amin/Mol Isocyanatfunktionalität).
The mixing of the PAMAM dendrimers and the polyetheramine can take place, for example, mechanically with heating. The mixing can take place purely physically, or it is also possible for at least some of the PAMAM dendrimers to react with the polyetheramine during the mixing process to form larger molecules. The polyetheramine expediently forms the main component in the mixture. The proportion by weight of PAMAM dendrimers in relation to the polyetheramine can be, for example, in the range between 0.5% by weight and 10% by weight. The mixing time for homogeneously mixing the dendrimes into the polyetheramine can preferably be between greater than or equal to 5 minutes and 5 hours. In the second process step b), the mixture and polyfunctional isocyanates obtained from process step a) are reacted to give the shaped body or part. The mixture from process step a) is thus reacted with at least bi-functional isocyanates to obtain a covalently linked, three-dimensional network. Bi-functional isocyanates result from the general formula
Figure imgf000008_0001
where R represents both an aromatic, aliphatic or mixed hydrocarbon skeleton. Possible bi-functional isocyanates are, for example, toluene-2,4-diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate or methylene diphenyl diisocyanate (MDI), hexamethylene diisocyanate (HDI, HMDI), polymeric diphenylmethane diisocyanate (PMDI), meta-tetramethyl-xylylene diisocyanate (TMXDI) Isophorone diisocyanate (IPDI), 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane (H12MDI). It is also possible to use mixtures of these isocyanates. The quantitative ratio of the mixture produced in process step a) and the amount of isocyanate can expediently be determined from the functionality of the premix Process step a) and the isocyanate functionality can be determined. A purely arithmetical determination of the functionality is sufficient. One mole of isocyanate functionality is expediently used per mole of amine. However, the mixing ratio cannot be stoichiometric. Possible mixing ratios can be set between 1 and 4 (calculated as mole amine / mole isocyanate functionality).
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens können vor dem Verfahrensschritt a) die Polyamidoamin-Dendrimere in einem Lösungsvermittler ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Aldiminen, Ketiminen, Polyaspartaten oder Mischungen mindestens zweier Komponenten daraus vorgemischt werden. Zum Erhalt einer möglichst homogenen Vormischung hat es sich als besonders effektiv erwiesen, dass im Verfahrensschritt a) die PAMAM-Dendrimere vor Kontakt mit den Polyetheraminen in eine der oben genannten Substanzen vorgelöst werden. Dieser Schritt kann den Mischungsprozess deutlich vereinfachen und somit verkürzen. Die oben genannten Substanzen agieren dabei als Lösungsvermittler zwischen den Dendrimeren und den Polyetheramin. Es hat sich zudem gezeigt, dass die Vormischung die mechanischen Eigenschaften des Polyureas nicht negativ beeinflusst. Sehr gute Ergebnisse werden mit einem Gewichtsverhältnis von Lösungsvermittler zu PAMAM-Dendrimer von > 0, 1 und < 5, bevorzugt von > 0,5 und < 3, des Weiteren bevorzugt von > 1 und < 2,5 erhalten. Kleinere Verhältnisse können zu einer nur ungenügenden Vorlösung des PAMAM-Dendrimeren im Lösungsvermittler führen. Höhere Verhältnisse können die weitere Reaktion im Verfahrensschritt b) negativ beeinflussen. In a preferred embodiment of the process, prior to process step a), the polyamidoamine dendrimers selected in a solubilizer from the group consisting of aldimines, ketimines, polyaspartates or mixtures of at least two components thereof are premixed. To obtain a premix which is as homogeneous as possible, it has proven to be particularly effective that in process step a) the PAMAM dendrimers are pre-dissolved in one of the above-mentioned substances before contact with the polyetheramines. This step can significantly simplify the mixing process and thus shorten it. The substances mentioned above act as solubilizers between the dendrimers and the polyetheramine. It has also been shown that the premix does not adversely affect the mechanical properties of the polyurea. Very good results are obtained with a weight ratio of solubilizer to PAMAM dendrimer of> 0, 1 and <5, preferably of> 0.5 and <3, furthermore preferably of> 1 and <2.5. Smaller ratios can lead to an insufficient preliminary solution of the PAMAM dendrimer in the solubilizer. Higher ratios can negatively influence the further reaction in process step b).
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann der Lösungsvermittler ein Polyaspartat sein. Insbesondere die Polyaspartate als Mittel zur Solubilisierung/Kompa- tibilisierung des PAMAM-Dendrimeren im Polyetheramin können zu einer besonders effizienten Verfahrensführung beitragen. Die Polyaspartate verhalten sich, abgesehen von der Lösungsvermittlung, inert und führen zu keiner negativen Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des erhältlichen Polyureas. Es ergeben sich besonders gute Verarbeitungseigenschaften mit einem Gewichtsverhältnis von Polyaspartat zu PAMAM- Dendrimer von > 0, 1 und < 5, bevorzugt von > 0,5 und < 3, des Weiteren bevorzugt von > 1 und < 2,5. Bevorzugt kann das Polyaspartat ein Polymer aus folgenden Monomerbausteinen sein
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In a further preferred embodiment of the method, the solubilizer can be a polyaspartate. In particular, the polyaspartates as a means of solubilizing / compatibilizing the PAMAM dendrimer in the polyetheramine can contribute to particularly efficient process management. The polyaspartates are, apart from the solubilization, inert and do not have a negative influence on the mechanical properties of the available polyureas. There are particularly good processing properties with a weight ratio of polyaspartate to PAMAM dendrimer of> 0, 1 and <5, preferably of> 0.5 and <3, further preferably of> 1 and <2.5. The polyaspartate can preferably be a polymer of the following monomer units
Figure imgf000010_0001
wobei R‘ bevorzugtes ein aliphatisch cyclischer Rest ist. where R 'is preferably an aliphatic cyclic radical.
Generell können aber vielfältige Asparaginsäureesterpolyamine eingesetzt werden Asparaginsäureesterpolyamine sind Polyamine mit sekundären Aminogruppen, die zum Beispiel durch Addition primärer aliphatischer Diamine an Maleinsäure- oder Fumarsäuredialkylester oder durch Addition primärer aliphatischer Amine an ungesättigte Oligoester oder Polyester hergestellt werden können. Geeignete Asparaginsäureesterpolyamine umfassen beispielsweise Asparaginsäureesterpolyamine mit der allgemeinen Formel In general, however, a wide variety of aspartic acid ester polyamines can be used. Aspartic acid ester polyamines are polyamines with secondary amino groups, which can be prepared, for example, by adding primary aliphatic diamines to maleic acid or fumaric acid dialkyl esters or by adding primary aliphatic amines to unsaturated oligoesters or polyesters. Suitable aspartic acid ester polyamines include, for example, aspartic acid ester polyamines with the general formula
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wobei R12 eine zweiwertige organische Gruppe (z. B. mit bis zu 40 Kohlenstoffatomen) ist, wobei jedes R12 unabhängig eine inerte organische Gruppe ist hin zu Isocyan atgruppen bei Temperaturen von 100°C oder weniger, und jedes R13 unabhängig voneinander für eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht. Zum Beispiel kann R13 Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl sein. Geeignete Asparaginsäureesteraminharze sind im Handel unter den Handelsbezeichnungen Desmophen NH 1420, Desmophen NH 1520 und Desmophen NH 1220 erhältlich.
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wherein R 12 is a divalent organic group (e.g., up to 40 carbon atoms), each R 12 is independently an inert organic group towards isocyanate groups at temperatures of 100 ° C or less, and each R 13 is independently is a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. For example, R 13 can be methyl, ethyl, propyl or butyl. Suitable aspartic acid ester amine resins are commercially available under the trade names Desmophen NH 1420, Desmophen NH 1520 and Desmophen NH 1220.
Die Verwendung von Asparaginsäureesterpolyaminen, worin R12 eine verzweigte oder unverzweigte Gruppe ohne cyclische Strukturen ist und weniger als 12, 10, 8 oder 6 Kohlenstoffatome aufweist, wird typischerweise für schnellere Filmhärtungszeiten von 2 bis 5 Minuten bevorzugt. Der Einschluss eines Asparaginsäureesterpolyamins, das unsubstituierte cyclische Strukturen umfasst, kann eingesetzt werden, um die Filmhärtungszeit auf 5 bis 10 Minuten zu verlängern. Die Verwendung eines Asparaginsäureesterpolyamins, worin R12 substituierte cyclische Strukturen umfasst, kann die Filmhärtungszeit noch weiter verlängern. Typischerweise werden solche Partialesterpolyamine nur bei geringen Konzentrationen eingesetzt, und zwar in Kombination mit einem anderen Asparaginesterpolyamin, das schnellere Filmhärtzeiten liefert. The use of aspartic acid ester polyamines, wherein R 12 is a branched or unbranched group without cyclic structures and has less than 12, 10, 8 or 6 carbon atoms, is typically preferred for faster film curing times of 2 to 5 minutes. The inclusion of an aspartic acid ester polyamine that is unsubstituted cyclic structures can be used to extend the film curing time to 5 to 10 minutes. The use of an aspartic acid ester polyamine in which R 12 comprises substituted cyclic structures can extend the film curing time even further. Typically, such partial ester polyamines are used only at low concentrations, in combination with another asparagine ester polyamine that provides faster film curing times.
In einer weiteren Alternative des Verfahrens kann der Gewichtsanteil an PAMAM-Dendrimer bezogen auf die Gesamtmischung in Verfahrensschritt b) größer oder gleich 0,5 Gew.-% und kleiner oder gleich 15 Gew.-% betragen. Zur Ausbildung möglichst zugfester und elastischer Polyurea Formteile hat sich oben angegebenes Gewichtsverhältnis als besonders geeignet herausgestellt. Kleinere Anteile an PAMAM-Dendrimeren können zu nur einer ungenügenden Steigerung der betrachteten mechanischen Parameter führen, wohingegen höhere Anteile die Verarbeitungseigenschaften negativ beeinflussen können. Bevorzugt kann der Anteil größer oder gleich 1 ,0 Gew.-% und kleiner oder gleich 10 Gew.-%, des Weiteren bevorzugt größer oder gleich 1 ,5 Gew.-% und kleiner oder gleich 8 Gew.-% betragen. In a further alternative of the process, the proportion by weight of PAMAM dendrimer based on the total mixture in process step b) can be greater than or equal to 0.5% by weight and less than or equal to 15% by weight. The weight ratio specified above has been found to be particularly suitable for forming polyurea molded parts that are as tensile and elastic as possible. Smaller proportions of PAMAM dendrimers can only lead to an insufficient increase in the mechanical parameters under consideration, whereas higher proportions can negatively influence the processing properties. The proportion can preferably be greater than or equal to 1.0% by weight and less than or equal to 10% by weight, furthermore preferably greater than or equal to 1.5% by weight and less than or equal to 8% by weight.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens können die PAMAM-Dendrimere im Verfahrensschritt a) mit Polyetheraminen unter Ausbildung von Sternpolymeren zur Reaktion gebracht werden. Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, dass im Verfahrensschritt a) nicht nur eine physikalische Mischung aus PAMAM-Dendrimeren und Polyetheramin hergestellt wird, sondern dass zumindest ein Teil der Polyetheramine mit den PAMAM-Dendrimeren unter Ausbildung höhermolekularer Sternpolymere miteinander reagiert. Diese Ausführungsform kann dazu beitragen, dass mit einem möglichst geringen Anteil an Sternpolymeren eine deutliche Steigerung der mechanischen Gebrauchseigenschaften erreicht werden kann. Dies kann zu einer Verringerung der Verfahrenskosten und der Prozesszeiten beitragen. Die Polyetheramine können beispielsweise mono- oder bi-funktionell sein. Die PAMAM-Dendrimere können dabei bevorzugt mindestens zwei, weiter bevorzugt 3, des Weiteren bevorzugt 4 Polyetheramine pro PAMAM-Dendrimer addieren. Bevorzugt kann des Weiteren der Restgehalt unreagierter PAMAM-Dendrimer kleiner oder gleich 10 mol%, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 5 mol% bezogen auf die gesamte eingesetzte Molmenge an PAMAM-Dendrimeren betragen. Insbesondere bei Einsatz von Sternpolymeren kann auf den Einsatz von Lösungsvermittlern, wie beispielsweise Polyaspartat, verzichtet werden. Zur Ausbildung der Sternpolymere kann auch in einem Lösemittel gearbeitet werden, wobei das Lösemittel vor Verfahrensschritt b) wieder entfernt werden sollte. In a further preferred embodiment of the process, the PAMAM dendrimers in process step a) can be reacted with polyetheramines to form star polymers. It has also proven to be advantageous that not only a physical mixture of PAMAM dendrimers and polyetheramine is produced in process step a), but that at least some of the polyetheramines react with the PAMAM dendrimers to form higher molecular weight star polymers. This embodiment can help to achieve a significant increase in the mechanical usage properties with the lowest possible proportion of star polymers. This can help reduce process costs and process times. The polyetheramines can, for example, be mono- or bi-functional. The PAMAM dendrimers can preferably add at least two, more preferably 3, further preferably 4 polyetheramines per PAMAM dendrimer. Furthermore, the residual content of unreacted PAMAM dendrimers can preferably be less than or equal to 10 mol%, more preferably less than or equal to 5 mol%, based on the total molar amount of PAMAM dendrimers used. Especially when using star polymers, the use of solubilizers, such as polyaspartate. To form the star polymers it is also possible to work in a solvent, the solvent being removed again before process step b).
In einer weiteren Alternative des Verfahrens können die Polyetheramine mindestens bi funktionelle Polyetheramine mit einer Molmasse von größer oder gleich 200 und kleiner oder gleich 5000 g/mol sein. Insbesondere der Einsatz von Polyetheraminen innerhalb dieses Molekulargewichtsbereiches im Verfahren kann zu besonders hohen Steigerungen der Bruchdehnung und der Zugfestigkeit beitragen. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein können gerade Polyetheramine in diesem Molmassenbereich eine besonders effektive Modifizierung der PAMAM-Dendrimere bewirken, da im ausgehärteten Netzwerk die Sternpolymere eine ähnliche räumliche Anordnung in Bezug auf die Kettenlänge zwischen den Netzwerkpunkten darstellen. Dies insbesondere deshalb, da die Molmasse der Arme auch der Molmasse der eingesetzten Polyetheramine entspricht. In a further alternative of the process, the polyetheramines can be at least bifunctional polyetheramines with a molecular weight greater than or equal to 200 and less than or equal to 5000 g / mol. In particular, the use of polyether amines within this molecular weight range in the process can contribute to particularly high increases in elongation at break and tensile strength. Without being bound by theory, polyetheramines in this molar mass range in particular can effect a particularly effective modification of the PAMAM dendrimers, since in the hardened network the star polymers represent a similar spatial arrangement with regard to the chain length between the network points. This is particularly because the molecular weight of the arms also corresponds to the molecular weight of the polyetheramines used.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante können im Verfahrensschritt a) bifunktionelle Polyetheramine mit einer Molmasse von größer oder gleich 230 g/mol und kleiner oder gleich 4000 g/mol eingesetzt werden. Polyetheramine mit oben genannter Molekulargewichtsverteilung scheinen zum Vorlösen der erfindungsgemäß einsetzbaren PAMAM-Dendrimeren besonders geeignet. Es ergibt sich innerhalb kurzer Prozesszeiten eine homogene Mischung, welche im Verfahrensschritt b) besonders einfach eingearbeitet werden kann. Zusätzlich ist es möglich, dass sich Polyetheramine mit diesem Molekulargewicht eine bevorzugte Geometrie zusammen mit den PAMAM-Dendrimeren ausbilden, welche zu einer besonders effizienten Reaktion mit den Isocyanaten im Verfahrensschritt b) beitragen. In a preferred process variant, bifunctional polyetheramines with a molecular weight of greater than or equal to 230 g / mol and less than or equal to 4000 g / mol can be used in process step a). Polyetheramines with the above-mentioned molecular weight distribution appear to be particularly suitable for pre-dissolving the PAMAM dendrimers which can be used according to the invention. A homogeneous mixture results within short process times, which can be incorporated particularly easily in process step b). In addition, it is possible that polyetheramines with this molecular weight form a preferred geometry together with the PAMAM dendrimers, which contribute to a particularly efficient reaction with the isocyanates in process step b).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann das polyfunktionelle Isocyanat aus der Gruppe bestehend aus Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Toluol-2,4- diisocyanat (TDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI) oder Mischungen mindestens zweier Komponenten daraus ausgesucht sein. Es hat sich gezeigt, dass sich die oben genannten Isocyanate besonders effizient mit den über die PAMAM- Dendrimere modifizierten Polyetheramine umsetzen lassen. Es ergeben sich Polyurea- Bauteile oder -Bauteilbeschichtungen, welche sich durch besonders gute mechanischen Eigenschaften auszeichnen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann das Polyamidoamin-Dendrimer aus der Gruppe bestehend aus PAMAM der Generation 0, PAMAM der Generation G1 , hyperverzweigtes PAMAM der Pseudogeneration GO, hyperverzweigtes PAMAM der Pseudogeneration G1 oder Mischungen mindestens zweier Komponenten daraus ausgesucht sein. Es hat sich insbesondere für diese oben genannten PAMAM-Dendrimeren gezeigt, dass sich schon mit geringen Einsatzmengen deutliche Steigerungen der gewünschten mechanischen Eigenschaften des Polyureas erhalten lassen. In a further preferred embodiment of the process, the polyfunctional isocyanate can be selected from the group consisting of diphenylmethane diisocyanate (MDI), toluene-2,4-diisocyanate (TDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI) or mixtures of at least two components thereof. It has been shown that the above-mentioned isocyanates can be reacted particularly efficiently with the polyetheramines modified via the PAMAM dendrimers. The result is polyurea components or component coatings, which are characterized by particularly good mechanical properties. In a preferred embodiment of the method, the polyamidoamine dendrimer can be selected from the group consisting of PAMAM of generation 0, PAMAM of generation G1, hyperbranched PAMAM of pseudogeneration GO, hyperbranched PAMAM of pseudogeneration G1 or mixtures of at least two components thereof. It has been shown in particular for the above-mentioned PAMAM dendrimers that significant increases in the desired mechanical properties of the polyurea can be obtained even with small amounts used.
Des Weiteren erfindungsgemäß ist ein Polyureaformteil hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die über das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Formteile- oder Formteilbereiche, wie beispielsweise Oberflächenbeschichtungen, weisen im Vergleich zu Polyurea ohne PAMAM-Dendrimer-Zusatz eine deutlich höhere Zugfestigkeit und eine deutlich höhere Bruchdehnung auf. Insofern sind die Bauteile elastischer und können mechanischen Belastungen deutlich besser standhalten. Für die weiteren Vorteile der Formteile wird explizit auf die für das erfindungsgemäße Verfahren genannten Vorteile verwiesen. Furthermore, according to the invention, a molded polyurea part is produced by the method according to the invention. The molded part or molded part regions produced by the process according to the invention, such as surface coatings, have a significantly higher tensile strength and a significantly higher elongation at break in comparison to polyurea without the addition of PAMAM dendrimer. In this respect, the components are more elastic and can withstand mechanical loads much better. For the further advantages of the molded parts, reference is made explicitly to the advantages mentioned for the method according to the invention.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Kit of parts mindestens umfassend einen Behälter für polyfunktionelle Isocyanate, einen Behälter für eine Mischung aus PAMAM-Dendrimeren und Polyetheraminen sowie eine Misch- und Extrusionsvorrichtung. Zur besonders effizienten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als geeignet herausgestellt, dem Anwender die erfindungsgemäße Vormischung aus dem Verfahrensschritt a) und die polyfunktionellen Isocyanate aus dem Verfahrensschritt b) in getrennten Behältern zur Verfügung zu stellen. In der Anwendung werden jeweils Teilströme aus den beiden Behältern gefördert und in der Mischvorrichtung zusammengegeben und gemischt. Die Mischung wird anschließend über die Extrusionsvorrichtung extrudiert und kann in Form eines Formteiles ausgebracht werden. Das Kit bietet sich zudem für in Kombination mit Sprühvorrichtungen nach einem statischen Mischer als„Hotspray“- oder„Coldspray“-Aufbau an. Furthermore, a kit of parts according to the invention comprises at least a container for polyfunctional isocyanates, a container for a mixture of PAMAM dendrimers and polyetheramines, and a mixing and extrusion device. For the particularly efficient application of the method according to the invention, it has been found suitable to provide the user with the premix according to the invention from method step a) and the polyfunctional isocyanates from method step b) in separate containers. In use, partial flows are conveyed from the two containers and combined and mixed in the mixing device. The mixture is then extruded via the extrusion device and can be applied in the form of a molded part. The kit is also suitable for use in combination with spray devices after a static mixer as a "hot spray" or "cold spray" structure.
Ebenso im Sinne der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Kits in einem Spritzguss- oder Dickfilmbeschichtungsverfahren. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Kits ist prinzipiell nicht limitiert und das erfindungsgemäßen Verfahren kann zur Herstellung von Beschichtungen, als Elastomer, Klebstoff, Lack, Montageschaum, Ortschaum und generell als Schaumstoff eingesetzt werden. Auf Basis der besonderen mechanischen Eigenschaften bietet sich das Kit aber besonders zur Herstellung kompletter Formkörper in einem Spritzgussverfahren und zur Ausbildung von Teilbeschichtungen im Rahmen von Dickfilmbeschichtungsverfahren an. Es können also Verfahren in den Bereichen (reaktiv) Spritzguss, Reaction injection molding (RIM) und Reinforced Reaction Injection Moulding (RRIM) durchgeführt werden. Likewise within the meaning of the invention is the use of the kit according to the invention in an injection molding or thick film coating process. The use of the kit according to the invention is in principle not limited and the method according to the invention can be used to produce coatings, as an elastomer, adhesive, lacquer, assembly foam, local foam and generally as a foam. Based on the special mechanical properties However, the kit is particularly suitable for the production of complete moldings in an injection molding process and for the formation of partial coatings in the context of thick film coating processes. Processes in the areas of (reactive) injection molding, reaction injection molding (RIM) and reinforced reaction injection molding (RRIM) can be carried out.
Des Weiteren erfindungsgemäß ist eine Polyurea-Zusammensetzung umfassend die Furthermore, according to the invention, a polyurea composition comprising the
Einzelbestandteile oder deren Reaktionsprodukte: Individual components or their reaction products:
Einem Teil aminhaltige Reaktionsmischung mit folgender Zusammensetzung One part of amine-containing reaction mixture with the following composition
Polyetheramine: größer oder gleich 50 Gew.-% und kleiner oder gleich 100 Gew.-%; Kettenverlängerer größer oder gleich 10 Gew.-% und kleiner oder gleich 40 Gew.-%; Polyetheramines: greater than or equal to 50% by weight and less than or equal to 100% by weight; Chain extenders greater than or equal to 10% by weight and less than or equal to 40% by weight;
Reaktivverdünner größer oder gleich 0 Gew.-% und kleiner oder gleich 30 Gew.-%; Reactive diluents greater than or equal to 0% by weight and less than or equal to 30% by weight;
Zusatzstoffe größer oder gleich 0 Gew.-% und kleiner oder gleich 15 Gew.-%; Additives greater than or equal to 0% by weight and less than or equal to 15% by weight;
PAMAM-Dendrimere größer oder gleich 0,1 Gew.-% und kleiner oder gleich 10 Gew.-%; wobei sich die Summe der einzelnen Gewichtsbestandteile der aminhaltigen Reaktionsmischung zu 100 Gew.-% ergänzt. PAMAM dendrimers greater than or equal to 0.1% by weight and less than or equal to 10% by weight; where the sum of the individual weight components of the amine-containing reaction mixture is 100% by weight.
Ein zumindest davon eine Zeitlang getrennter Bestandteil umfassend bis zu 100% Polyisocyanat. Üblicherweise können die aminhaltige Reaktionsmischung und der Polyisocyanat umfassende Bestandteil in einem Verhältnis von 1 :1 zueinander gemischt und zur Reaktion gebracht werden. Des Weiteren erfindungsgemäß ist ein Polyurea-Bauteil erhältlich durch zur Reaktion bringen einer PAMAM-Dendrimer/Polyetheramin-Vormischung und polyfunktionellen Isocyanaten, aufweisend einen Anteil an PAMAM-Dendrimeren von > 1 ,0 Gew.-% und < 10 Gew.-% isoliert oder in das Polyurea-Netzwerk eingebaut, mit einer mittleren Zugfestigkeit von größer oder gleich 18,5 MPa und kleiner oder gleich 21 MPa und einer mittleren Bruchdehnung von größer oder gleich 220 % und kleiner oder gleich 250 %, wobei beide Parameter nach DIN 53504:2017-03 ermittelt werden. Beispiele: An at least separate component for a period comprising up to 100% polyisocyanate. The amine-containing reaction mixture and the constituent comprising polyisocyanate can usually be mixed with one another in a ratio of 1: 1 and brought to reaction. Furthermore, according to the invention, a polyurea component is obtainable by reacting a PAMAM dendrimer / polyetheramine premix and polyfunctional isocyanates, having a proportion of PAMAM dendrimers of> 1.0% by weight and <10% by weight isolated or built into the polyurea network, with an average tensile strength greater than or equal to 18.5 MPa and less than or equal to 21 MPa and an average elongation at break greater than or equal to 220% and less than or equal to 250%, both parameters according to DIN 53504: 2017 -03 can be determined. Examples:
1 - Polyurea ohne Einsatz von PAMAM-Dendrimeren 1 - Polyurea without the use of PAMAM dendrimers
Beispiel 1 example 1
Verfahrensschritt a) Process step a)
Es wird durch mechanisches Rühren bei Raumtemperatur eine Mischung aus 74 Gew.-% Polyetheraminen (Huntsman Jeffamine D2000) und 26 Gew.-% Dimethylbenzoldiamin (Lonzacure DETDA 80) hergestellt. Der Mischvorgang wird solange durchgeführt bis eine homogene Vormischung erhalten wird. A mixture of 74% by weight of polyetheramines (Huntsman Jeffamine D2000) and 26% by weight of dimethylbenzene diamine (Lonzacure DETDA 80) is produced by mechanical stirring at room temperature. The mixing process is carried out until a homogeneous premix is obtained.
Verfahrensschritt b) Process step b)
Die Reaktionsmischung aus a) wird in einen Behälter geben. Ein weiterer Behälter enthält das Isocyanat (Huntsman Suprasec 2054). Die Reaktionsmischung und das Isocyanat werden mit einem geeigneten Sprühgerät, z.B. einem Graco Reactor, unter Erhalt einer Oberflächenbeschichtung auf einem Werkstück versprüht. Man erhält eine homogene Oberfläche. Das Mischungsverhältnis von Isocyanat zu Reaktionsmischung aus Verfahrensschritt a) beträgt 1 :1. The reaction mixture from a) is placed in a container. Another container contains the isocyanate (Huntsman Suprasec 2054). The reaction mixture and the isocyanate are sprayed with a suitable sprayer, e.g. a Graco Reactor, sprayed onto a workpiece to obtain a surface coating. A homogeneous surface is obtained. The mixing ratio of isocyanate to reaction mixture from process step a) is 1: 1.
Beispiel 2 Example 2
Verfahrensschritt a) Es wird durch mechanisches Rühren bei Raumtemperatur eine Mischung aus 22 Gew.-% Dimethylbenzoldiamin (Lonzacure DETDA 80), 19 Gew.-% Lösungsvermittler (Covestro Desmophen NH1420) und einer Mischung zweier unterschiedlicher Polyetheramine, 30 Gew.- % Polyetheramin (Huntsman SD2001 ), und 29 Gew.-%, hergestellt. Der Mischvorgang wird solange durchgeführt bis eine homogene Vormischung erhalten wird. Verfahrensschritt b) Die Reaktionsmischung aus a) wird in einen Behälter geben. Ein weiterer Behälter enthält das Isocyanat (Huntsman Suprasec 2054). Die Reaktionsmischung und das Isocyanat werden mit einem geeigneten Sprühgerät, z.B. einem Sulzer Mixcoat Spray, unter Erhalt einer Oberflächenbeschichtung auf einem Werkstück versprüht. Man erhält eine homogene Oberfläche mit einer Dicke von ca. mm. Das Mischungsverhältnis von Isocyanat zu Reaktionsmischung aus Verfahrensschritt a) beträgt ca. 1 :1. Process step a) A mixture of 22% by weight dimethylbenzene diamine (Lonzacure DETDA 80), 19% by weight solubilizer (Covestro Desmophen NH1420) and a mixture of two different polyetheramines, 30% by weight polyetheramine ( Huntsman SD2001), and 29% by weight. The mixing process is carried out until a homogeneous premix is obtained. Process step b) The reaction mixture from a) is placed in a container. Another container contains the isocyanate (Huntsman Suprasec 2054). The reaction mixture and the isocyanate are sprayed on a workpiece with a suitable spraying device, for example a Sulzer Mixcoat Spray, to obtain a surface coating. A homogeneous surface with a thickness of approx. Mm is obtained. The mixing ratio of isocyanate to reaction mixture from process step a) is approximately 1: 1.
2. Polyurea unter Einsatz von PAMAM-Dendrimeren mit Lösungsvermittler 2. Polyurea using PAMAM dendrimers with solubilizers
Beispiel 3 Verfahrensschritt a) Example 3 Process Step a)
Es wird unter mechanischem Rühren bei 60°C 8 Gew-% PAMAM Generation GO (Mw=518) vorgelegt. Zu dem PAMAM wird ein Polyaspartat-Lösungsvermittler (Covestro Desmophen NH1420) zudosiert, sodass die Menge 22 Gew-% bezogen auf die Gesamtmasse der Reaktionsmischung entspricht. Der Mischvorgang wird solange durchgeführt bis eine homogene Vormischung erhalten wird. Zu dieser Mischung werden 21 Gew.-% Dimethyl- benzoldiamin (Lonzacure DETDA 80) und eine Mischung zweier unterschiedlicher Polyetheramine, 30 Gew.-% Polyetheramin (Huntsman SD2001 ) und 28 Gew.-% Polyetheramin (Jeffamin D2000), gegeben. Der Mischvorgang wird solange durchgeführt bis eine homogene Vormischung erhalten wird. Verfahrensschritt b) 8% by weight of PAMAM Generation GO (Mw = 518) is initially introduced with mechanical stirring at 60 ° C. A polyaspartate solubilizer (Covestro Desmophen NH1420) is metered into the PAMAM so that the amount corresponds to 22% by weight, based on the total mass of the reaction mixture. The mixing process is carried out until a homogeneous premix is obtained. 21% by weight of dimethylbenzene diamine (Lonzacure DETDA 80) and a mixture of two different polyetheramines, 30% by weight of polyetheramine (Huntsman SD2001) and 28% by weight of polyetheramine (Jeffamin D2000) are added to this mixture. The mixing process is carried out until a homogeneous premix is obtained. Process step b)
Die Reaktionsmischung aus a) wird in einen Behälter geben. Ein weiterer Behälter enthält das Isocyanat (Huntsman Suprasec 2054). Die Reaktionsmischung und das Isocyanat werden mit einem geeigneten Sprühgerät, z.B. einem Sulzer Mixcoat Spray, unter Erhalt einer Oberflächenbeschichtung auf einem Werkstück versprüht. Man erhält eine homogene Oberfläche mit einer Dicke von ca. mm. Das Mischungsverhältnis von Isocyanat zu Reaktionsmischung aus Verfahrensschritt a) beträgt. 1 :1. The reaction mixture from a) is placed in a container. Another container contains the isocyanate (Huntsman Suprasec 2054). The reaction mixture and the isocyanate are sprayed with a suitable sprayer, e.g. a Sulzer Mixcoat Spray, sprayed on a workpiece to obtain a surface coating. A homogeneous surface with a thickness of approx. Mm is obtained. The mixing ratio of isocyanate to reaction mixture from process step a) is. 1: 1.
3. Polyurea unter Einsatz von Sternpolymeren Verfahrensschritt a) 3. Polyurea using star polymers Process step a)
Es wird durch mechanisches Rühren bei Raumtemperatur eine Mischung aus zwei Polyetheraminen, 30 Gew.-% Polyetheramin (Huntsman SD2001 ) und 29 Gew.-% Polyetheramin (Jeffamin D2000), 22 Gew.-% Dimethylbenzoldiamin (Lonzacure DETDA 80) und 19 Gew.-% eines Polyaspartat-Lösungsvermittlers (Covestro Desmophen NH1420) hergestellt. Der Mischvorgang wird solange durchgeführt bis eine homogene Vormischung erhalten wird. Zu dieser Mischung werden Sternpolymere in einer Menge hinzugegeben, welche 2 Gew.-% an der aminhaltigen Gesamtmasse entsprechen. Bei den Sternpolymeren handelt es sich um statistische Reaktionsprodukte aus PAMAM-Dendrimeren und Polyetheramin mit n= 1 , 2, 3, 4 Armen pro Dendrimer und einer Molmasse eines einzelnen Armes von ca. 400 g/Mol. Der Mischvorgang wird solange durchgeführt bis eine homogene Vormischung erhalten wird. A mixture of two polyetheramines, 30% by weight of polyetheramine (Huntsman SD2001) and 29% by weight of polyetheramine (Jeffamin D2000), 22% by weight of dimethylbenzene diamine (Lonzacure DETDA 80) and 19% by weight is mixed by mechanical stirring at room temperature. -% of a polyaspartate solubilizer (Covestro Desmophen NH1420) produced. The mixing process is carried out until a homogeneous premix is obtained. Star polymers are added to this mixture in an amount which corresponds to 2% by weight of the total amine-containing mass. The star polymers are statistical reaction products made from PAMAM dendrimers and polyetheramine with n = 1, 2, 3, 4 arms per dendrimer and a molar mass of a single arm of approx. 400 g / mol. The mixing process is carried out until a homogeneous premix is obtained.
Die Sternpolymere können wie folgt aus den PAMAM-Dendrimeren hergestellt werden: 1 g PAMAM G0 wird in 100 ml Ethanol gelöst. Unter starkem Rühren werden bei Raumtempe ratur 1 ,93 g Methylendiphenylisocyanat und dann 3,32 g Polyoxypropylenediamin Jeffamin D400 zugegeben. Die Reaktion macht sich durch einen Anstieg der Viskosität sowie einen Farbwechsel (grünlich zu weiß) bemerkbar. Das Lösemittel wird anschließend unter Vakuum entfernt. Aufgrund der Stöchiometrie, der Reaktionsführung und dem mechanischen Rühren ist sichergestellt, dass überwiegend Sternpolymere mit n = 4 Armen gebildet werden. Durch den Einsatz eines Lösemittels kann die Reaktion bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Das Lösemittel verhindert zudem auch ein Vernetzen des PAMAM durch bi-funktionelle Isocyanate, die somit ohne Schutzgruppen zugeführt werden können. Als Lösemittel kann z.B. Ethanol eingesetzt werden. Obwohl Ethanol üblicherweise nicht zusammen mit Isocyanaten eingesetzt wird, zeigt sich, dass dies bei einer Isocyanat-Aminreaktion kein Problem darstellt. Die Kinetik der Isocyanat-Aminreaktion ist sehr schnell, und überwiegt somit stark gegenüber der Isocyanat-Hydroxyreaktion. The star polymers can be produced from the PAMAM dendrimers as follows: 1 g of PAMAM G0 is dissolved in 100 ml of ethanol. With vigorous stirring, 1.93 g of methylene diphenyl isocyanate and then 3.32 g of polyoxypropylenediamine Jeffamin D400 are added at room temperature. The reaction is noticeable through an increase in viscosity and a color change (greenish to white). The solvent is then removed under vacuum. The stoichiometry, the reaction and the mechanical stirring ensure that predominantly star polymers with n = 4 arms are formed. By using a solvent, the reaction can be carried out at room temperature. The solvent also prevents cross-linking of the PAMAM by bi-functional isocyanates, which can therefore be added without protective groups. As a solvent e.g. Ethanol are used. Although ethanol is not usually used together with isocyanates, it is shown that this is not a problem in an isocyanate-amine reaction. The kinetics of the isocyanate-amine reaction is very fast, and thus outweighs the isocyanate-hydroxy reaction.
Verfahrensschritt b) Die Reaktionsmischung aus a) wird in einen Behälter geben. Ein weiterer Behälter enthält das Isocyanat (Huntsman Suprasec 2054). Die Reaktionsmischung und das Isocyanat werden mit einem geeigneten Sprühgerät, z.B. einem Sulzer Mixcoat Spray, unter Erhalt einer Oberflächenbeschichtung auf einem Werkstück versprüht. Man erhält eine homogene Oberfläche. Das Mischungsverhältnis von Isocyanat zu Reaktionsmischung aus Verfahrensschritt a) beträgt 1 :1. Process step b) The reaction mixture from a) is placed in a container. Another container contains the isocyanate (Huntsman Suprasec 2054). The reaction mixture and the isocyanate are sprayed on a workpiece with a suitable spraying device, for example a Sulzer Mixcoat Spray, to obtain a surface coating. A homogeneous surface is obtained. The mixing ratio of isocyanate to reaction mixture from process step a) is 1: 1.
Ergebnisse Results
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Tabelle 1 : Die Zugfestigkeit und Bruchdehnung werden nach DIN 53504:2017 ermittelt. Table 1: The tensile strength and elongation at break are determined in accordance with DIN 53504: 2017.

Claims

Patentansprüche Claims
1 . Verfahren zur Herstellung eines Polyurea-Formkörpers oder eines Polyurea- Formkörperteiles aus einer Mischung umfassend Polyetheramine und Isocyanate, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren mindestens die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen einer Mischung aus Polyamidoamin-Dendrimeren (PAMAM- Dendrimere) und mindestens einem Polyetheramin; und 1 . A method for producing a polyurea molded body or a polyurea molded part from a mixture comprising polyether amines and isocyanates, characterized in that the method comprises at least the following steps: a) preparing a mixture of polyamidoamine dendrimers (PAMAM dendrimers) and at least one polyetheramine; and
b) Zur Reaktion bringen der aus Verfahrensschritt a) erhaltenen Mischung und polyfunktionellen Isocyanaten unter Erhalt des Formkörpers oder -teiles. b) The mixture and polyfunctional isocyanates obtained from process step a) are reacted to give the shaped body or part.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei vor dem Verfahrensschritt a) die 2. The method according to claim 1, wherein before step a) the
Polyamidoamin-Dendrimere in einem Lösungsvermittler ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Aldiminen, Ketiminen, Polyaspartaten oder Mischungen mindestens zweier Komponenten daraus vorgemischt werden. Polyamidoamine dendrimers in a solubilizer selected from the group consisting of aldimines, ketimines, polyaspartates or mixtures of at least two components thereof are premixed.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Lösungsvermittler ein Polyaspartat ist. 3. The method of claim 2, wherein the solubilizer is a polyaspartate.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gewichtsanteil an PAMAM-Dendrimer bezogen auf die Gesamtmischung in Verfahrensschritt b) größer oder gleich 0,5 Gew.-% und kleiner oder gleich 15 Gew.-% beträgt. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the proportion by weight of PAMAM dendrimer based on the total mixture in process step b) is greater than or equal to 0.5% by weight and less than or equal to 15% by weight.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die PAMAM- Dendrimere im Verfahrensschritt a) mit Polyetheraminen unter Ausbildung von Sternpolymeren zur Reaktion gebracht werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the PAMAM dendrimers in step a) are reacted with polyetheramines to form star polymers.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polyetheramine mindestens bi-funktionelle Polyetheramine mit einer Molmasse von größer oder gleich 200 und kleiner oder gleich 5000 g/mol sind. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the polyetheramines are at least bi-functional polyetheramines with a molecular weight of greater than or equal to 200 and less than or equal to 5000 g / mol.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verfahrensschritt a) bifunktionelle Polyetheramine mit einer Molmasse von größer oder gleich 230 g/mol und kleiner oder gleich 4000 g/mol eingesetzt werden. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step a) bifunctional polyetheramines with a molecular weight of greater than or equal to 230 g / mol and less than or equal to 4000 g / mol are used.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das polyfunktionelle Isocyanat ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the polyfunctional isocyanate is selected from the group consisting of
Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Toluol-2,4-diisocyanat (TDI), Diphenylmethane diisocyanate (MDI), toluene-2,4-diisocyanate (TDI),
Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI) oder Mischungen mindestens zweier Komponenten daraus. Hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI) or mixtures of at least two components thereof.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyamidoamin- Dendrimer ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus PAMAM der Generation 0, PAMAM der Generation G1 , hyperverzweigtes PAMAM der Pseudogeneration GO, hyperverzweigtes PAMAM der Pseudogeneration G1 oder Mischungen mindestens zweier Komponenten daraus. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the polyamidoamine dendrimer is selected from the group consisting of PAMAM of generation 0, PAMAM of generation G1, hyperbranched PAMAM of the pseudogeneration GO, hyperbranched PAMAM of the pseudogeneration G1 or mixtures of at least two components thereof.
10. Polyureaformteil hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9. 10. Polyurea molded part produced by a method according to any one of claims 1-9.
1 1. Kit of parts mindestens umfassend einen Behälter für polyfunktionelle Isocyanate, einen Behälter für eine Mischung aus PAMAM-Dendrimeren und Polyetheraminen sowie eine Misch- und Extrusionsvorrichtung. 1 1. Kit of parts at least comprising a container for polyfunctional isocyanates, a container for a mixture of PAMAM dendrimers and polyether amines and a mixing and extrusion device.
12. Verwendung eines Kits nach Anspruch 1 1 in einem Spritzguss- oder 12. Use of a kit according to claim 1 1 in an injection molding or
Dickfilmbeschichtungsverfahren. Thick film coating process.
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