DE102007039501A1 - New polymerisable isocyanate and polymers containing this isocyanate - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein neues Alkenylisocyanat, das gekennzeichnet ist durch die chemische Formel $F1 Diese Verbindung wird durch Umsetzen von Isophorondiisocyanat mit N-(t-Butyl)aminoethylmethacrylat erhalten. Die neue Verbindung ist besonders geeignet zur Herstellung von Homopolymerisaten und Copolymerisaten, die insbesondere als Lackharzpolymerisate eingesetzt werden können. Die Polymerisate zeichnen sich durch gute Löslichkeit in verschiedenen Lösungsmitteln sowie durch eine gute Verteilbarkeit in oligomeren, niedermolekularen und hochmolekularen Polymeren aus.The invention relates to a novel alkenyl isocyanate characterized by the chemical formula $ F1. This compound is obtained by reacting isophorone diisocyanate with N- (t-butyl) aminoethyl methacrylate. The new compound is particularly suitable for the preparation of homopolymers and copolymers which can be used in particular as Lackharzpolymerisate. The polymers are distinguished by good solubility in various solvents and by good dispersibility in oligomeric, low molecular weight and high molecular weight polymers.
Description
Die Erfindung betrifft ein neues Alkenylisocyanat, d. h. eine Verbindung, die eine ethylenische Doppelbindung und eine Isocyanatfunktion aufweist, ein Verfahren zur Herstellung derselben und die Verwendung dieser Verbindung bei der Herstellung und Verarbeitung von Polymeren.The The invention relates to a novel alkenyl isocyanate, d. H. a connection, which has an ethylenic double bond and an isocyanate function, a method for producing the same and the use of the same Compound in the manufacture and processing of polymers.
Alkenylisocyanate sind an sich bereits seit längerem bekannt.alkenyl isocyanates have been known for some time already.
So
werden in der
In
der
Schließlich
werden in der
Obwohl in dieser Patentschrift in den Beispielen eine ganze Reihe von Alkenylisocyanaten beschrieben werden, besteht noch ein Bedürfnis nach derartigen Verbindungen mit verbesserten Eigenschaften, nach einem einfachen und wirtschaftlichen Verfahren zur Herstellung derselben sowie nach entsprechenden Alkenylisocyanaten, die sich besonders vorteilhaft bei der Verarbeitung und Herstellung von Polymeren insbesondere von entsprechenden Kunststoffen und Lacken verwenden lassen.Even though in this specification in the examples a whole series of alkenyl isocyanates There is still a need for such compounds with improved properties, after a simple and economical Process for the preparation thereof and for corresponding alkenyl isocyanates, which is particularly advantageous in processing and manufacturing of polymers, in particular of corresponding plastics and paints to use.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein neues Alkenylisocyanat zur Verfügung zu stellen, das sich gegenüber den bekannten Alkenylisocyanaten durch gute Eigenschaften auszeichnet, das einfach und reproduzierbar und wirtschaftlich hergestellt werden kann, das ohne die Verwendung eines Katalysators erzeugt und eingesetzt werden kann und das auch bei der Herstellung und Verarbeitung von Polymeren ohne Katalysatoren weiter eingesetzt werden kann und das sich insbesondere durch gute Löslichkeiten in verschiedensten Lösungsmitteln sowie auch durch eine gute Verteilbarkeit in Polymeren auszeichnet und zwar sowohl bei Polymeren, die als Oligomere, als niedermolekulare als auch als hochmolekulare Polymere vorliegen.task The invention therefore provides a novel alkenyl isocyanate to ask, compared to the known alkenyl isocyanates characterized by good properties that are easy and reproducible and can be produced economically without the use a catalyst can be generated and used and that too in the production and processing of polymers without catalysts can continue to be used and in particular by good Solubilities in various solvents as well as characterized by a good dispersibility in polymers Both in polymers, as oligomers, as low molecular weight as well as high molecular weight polymers.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein entsprechendes Alkenylisocyanat zur Verfügung zu stellen, mit dem maßgeschneiderte Kunststoffe und Lacke herstellbar sind.task The invention further provides a corresponding alkenyl isocyanate to provide, with the tailor made Plastics and paints can be produced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Alkenylisocyanat mit der chemischen Formel This object is achieved by an alkenyl isocyanate having the chemical formula
Diese Verbindung wird auch 2-(N-(tert-butyl){[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl)methyl]amino}carbonylamino)ethyl-methacrylat genannt.These Compound is also 2- (N- (tert-butyl) {[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl) methyl] amino} carbonylamino) ethyl methacrylate called.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Herstellungsverfahren dieser Verbindung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Isophorondiisocyanat mit N-(t-Butyl)aminoethylmethacrylat umsetzt. Vorzugsweise gelangt das Diisocyanat mit dem N-(t Butyl)-aminoethylmethacrylat in äquimolaren Verhältnissen zur Reaktion.object the invention is also a manufacturing method of this compound, which is characterized in that isophorone diisocyanate with N- (t-butyl) aminoethyl methacrylate is reacted. Preferably that gets Diisocyanate with the N- (t-butyl) -aminoethyl methacrylate in equimolar Ratios to the reaction.
Die Umsetzung kann in einem inerten Lösungsmittel stattfinden.The Reaction can take place in an inert solvent.
Als Lösungsmittel werden insbesondere aprotische Lösungsmittel verwendet.When Solvents are in particular aprotic solvents used.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Alkenylisocyanats zur Herstellung von Polymerisaten sowie die Polymerisate selber, insbesondere von Lackharzpolymerisate.One Another object of the invention is the use of the invention Alkenyl isocyanate for the preparation of polymers and the polymers itself, in particular of Lackharzpolymerisate.
Diese können im Automobilsektor (Clearcoats, Reparaturlacke), in Druckplatten, im Elektronikbereich (Lötstopplacke, Photoresists) und im Bautenschutz eingesetzt werden. Auch ist eine Verwendung in Klebstoffen möglich.These can be used in the automotive sector (clearcoats, refinishes), in printing plates, in electronics (solder resists, photoresists) and used in building protection. Also is a use possible in adhesives.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein isocyanathaltiges Polymerisat, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es zu 99 bis 50 Gew.-% aus Monomeren vom (Meth)acrylsäureestertyp oder Styrol sowie aus 1 bis 50 Gew.-% 2-(N-(tert-butyl){[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl)methyl]amino}carbonylamino)ethyl-methacrylat aufgebaut ist.One Another object of the invention is an isocyanate-containing polymer, which is characterized in that it consists of 99 to 50 wt .-% Monomers of the (meth) acrylic acid ester type or styrene and of 1 to 50% by weight of 2- (N- (tert-butyl) {[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl) methyl] amino} carbonylamino) ethyl methacrylate is constructed.
Verglichen
mit anderen Alkenylisocyanaten weist die Verbindung gemäß der
Erfindung eine verbesserte Löslichkeit in einer ganzen
Reihe von Lösungsmitteln auf, insbesondere bei solchen,
die bei der Lackherstellung verwendet werden. So löst sich
z. B. die erfindungsgemäße Verbindung in einem
Gemisch von Butylacrylat und Methylmethacrylat zu 30%, wogegen die
in Beispiel 12 der
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Herstellung des erfindungsgemäßen Alkenylisocyanats ohne den Einsatz von Katalysatoren möglich ist. Dies bringt auch Vorteile bei der Verwendung zur Herstellung von Polymeren, Kunststoffen und Lacken, da Katalysatorreste in Endprodukten sehr häufig von Nachteil sind.Especially It is advantageous that the preparation of the inventive Alkenylisocyanats possible without the use of catalysts is. This also brings advantages in use for production of polymers, plastics and paints, as catalyst residues in end products very often disadvantageous.
Die unter der Verwendung des erfindungsgemäßen Alkenylisocyanats hergestellten Lackharzpolymerisate neigen bei Bewitterung zu geringerer Verfärbung und weisen sehr gute praxistaugliche Pendelhärten auf.The using the alkenyl isocyanate of the invention Lackharzpolymerisate produced tend to lesser when weathered Discoloration and have very good practical pendulum hardnesses.
Die erfindungsgemäße Verbindung eignet sich dazu mittels Polymerisation zunächst Homopolymerisate herzustellen.The inventive compound is suitable for this means Polymerization first to produce homopolymers.
Die Verbindung kann auch als Comonomer eingesetzt werden. Die entsprechenden Isocyanatgruppen aufweisenden Verbindungen können dann nachträglich z. B. durch Urethanisierungsmittel wie 1,4-Butandiol vernetzt werden. Ebenso sind feuchtigkeitsvernetzende Polymere herstellbar, die als Klebstoffe für Metalle, Glas und Kunststoffe verwendet werden können.The Compound can also be used as a comonomer. The corresponding Isocyanate group-containing compounds can then subsequently z. B. crosslinked by urethanization agents such as 1,4-butanediol become. Likewise, moisture-crosslinking polymers can be produced, used as adhesives for metals, glass and plastics can be.
Die erfindungsgemäßen Polymere können auch mit Blockierungsmitteln für die Isocyanatgruppe umgesetzt werden, um eine nachträgliche Vernetzungsreaktion beispielsweise bei höherer Temperatur durchzuführen. Dazu können bekannte Verbindungen wie z. B. Methylethylketoxim eingesetzt werden. So können selbsthärtende Einkomponentenlackharzsysteme aufgebaut werden.The Polymers according to the invention can also reacted with blocking agents for the isocyanate group for example, to a subsequent cross-linking reaction at a higher temperature. Can do this known compounds such. For example, methyl ethyl ketoxime be used. Thus, self-curing Einkomponentenlackharzsysteme being constructed.
Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert: The The invention is further illustrated by the following examples:
Beispiel 1example 1
In einem Reaktionsgefäß werden 166,7 g Isophorondiisocyanat sowie 0,153 g 2,6-Di-(tert-butyl)-4-methylphenol als Polymerisationsinhibitor vorgelegt. Sodann wird N-(tert-butyl)aminoethylmethacrylat (138,9 g) innerhalb von 2 Stunden zudosiert. Die Sumpftemperatur wird dabei auf eine Temperatur von maximal 30°C gehalten. Nach Beendigung der Zudosierung wird das Gemisch noch 3 Stunden bei maximal 30°C gehalten. Dabei wird gerührt. Als Endprodukt wird ein hochviskoses gelbliches Öl erhalten, und zwar 444 g, das entspricht 99% der Theorie. Laut NMR-Spektroskopie entspricht das Produkt der Struktur 2-(N-(tert-butyl){[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl)methyl]amino}carbonylamino)ethyl-methacrylat.In 166.7 g of isophorone diisocyanate are added to a reaction vessel and 0.153 g of 2,6-di- (tert-butyl) -4-methylphenol as a polymerization inhibitor submitted. Then N- (tert-butyl) aminoethyl methacrylate (138.9 g) within 2 hours. The bottom temperature is thereby kept at a maximum temperature of 30 ° C. After completion The mixture is added for a further 3 hours at a maximum of 30 ° C held. It is stirred. The end product is a highly viscous yellowish oil, namely 444 g, which corresponds 99% of theory. According to NMR spectroscopy, the product corresponds to the Structure 2- (N- (tert-butyl) {[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl) methyl] amino} carbonylamino) ethyl methacrylate.
Beispiel 2 (erfindungsgemäßes Polymer)Example 2 (Inventive Polymer)
Herstellung eines Lösungspolymerisats mit 2-(N-(tert-butyl){[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl)methyl]amino}carbonylamino)ethyl-methacrylat.Preparation of a solution polymer with 2- (N- (tert-butyl) {[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl) methyl] amino} carbonylamino) ethyl methacrylate.
Man legt 100 g Methylethylketon (MEK) unter Stickstoff im Reaktionsgefäß vor und erhitzt auf 80°C Innentemperatur. Innerhalb von 4 h dosiert man unter Rühren eine Mischung aus 30,7 g 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril), 82,3 g Isobornylmethacrylat, 115 g Methylmethacrylat (MMA), 173 g Butylacrylat, 7,4 g Dodecylmercaptan sowie 41 g 2-(N-(tert-butyl){[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl)methyl]amino}carbonylamino)ethyl-methacrylat hinzu. Nach der Zugabe läßt man 0,5 h bei 80°C nachreagieren. Man gibt weitere 0,4 g 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril) in 10 g MEK zu und läßt 2 h bei 80°C nachreagieren. Anschließend gibt man 40 g MEK zu und läßt unter Rühren auf Raumtemperatur abkühlen.you place 100 g of methyl ethyl ketone (MEK) under nitrogen in the reaction vessel and heated to 80 ° C internal temperature. Within 4 hours While stirring, a mixture of 30.7 g of 2,2'-azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile) is metered in, 82.3 g isobornyl methacrylate, 115 g methyl methacrylate (MMA), 173 g of butyl acrylate, 7.4 g of dodecyl mercaptan and 41 g of 2- (N- (tert-butyl) {[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl) methyl] amino} carbonylamino) ethyl methacrylate added. After the addition, the mixture is left at 80 ° C. for 0.5 h afterreact. Another 0.4 g of 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) are added. in 10 g of MEK and allowed to 2 h at 80 ° C. afterreact. Then add 40 g of MEK and leave Cool to room temperature while stirring.
Man
erhält eine 75%ige Lösung des Polymers in MEK
mit folgender Zusammensetzung:
20% Isobornylmethacrylat
28%
MMA
42% Butylacrylat
10% 2-(N-(tert-butyl){[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl)methyl]amino}carbonylamino)ethyl-methacrylatThis gives a 75% solution of the polymer in MEK with the following composition:
20% isobornyl methacrylate
28% MMA
42% butyl acrylate
10% 2- (N- (tert-butyl) {[(3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexyl) methyl] amino} carbonylamino) ethyl methacrylate
Beispiel 3 (Vergleich, nicht erfindungsgemäß)Example 3 (comparison, not according to the invention)
Herstellung eines Lösungspolymerisats mit 2-{[N-(3-isocyanato-4-methylphenyl)carbamoyl](tert-butyl)amino}ethylmethacrylat.Preparation of a solution polymer with 2 - {[N- (3-isocyanato-4-methylphenyl) carbamoyl] (tert-butyl) amino} ethyl methacrylate.
Man legt 50 g trockenes n-Butylpropionat unter Stickstoff im Reaktionsgefäß vor und erhitzt auf 80°C Innentemperatur. Innerhalb von 4 h dosiert man unter Rühren eine Mischung aus 16,3 g 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril), 41,2 g Isobornylmethacrylat, 57,6 g Methylmethacrylat (MMA), 86,4 g Butylacrylat, 3,7 g Dodecylmercaptan sowie 20,6 g 2-{[N-(3-isocyanato-4-methylphenyl)carbamoyl](tert-butyl)amino}ethylmethacrylat hinzu. Nach der Zugabe läßt man 0,5 h bei 80°C nachreagieren. Man gibt weitere 0,21 g 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril) in 5 g n-Butylpropionat zu und läßt 2 h bei 80°C nachreagieren. Anschließend gibt man 40 g n-Butylpropionat zu und läßt unter Rühren auf Raumtemperatur abkühlen.you put 50 g of dry n-butyl propionate under nitrogen in the reaction vessel and heated to 80 ° C internal temperature. Within 4 hours While stirring, a mixture of 16.3 g of 2,2'-azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile) is metered in, 41.2 g isobornyl methacrylate, 57.6 g methyl methacrylate (MMA), 86.4 g of butyl acrylate, 3.7 g of dodecyl mercaptan and 20.6 g of 2 - {[N- (3-isocyanato-4-methylphenyl) carbamoyl] (tert-butyl) amino} ethyl methacrylate added. After the addition, the mixture is left at 80 ° C. for 0.5 h afterreact. Another 0.21 g of 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) is added. in 5 g of n-butyl propionate and allowed to 2 h at 80 ° C. afterreact. Subsequently, 40 g of n-butyl propionate are added and allowed to stir with stirring to room temperature cooling down.
Man
erhält eine 75%ige Lösung des Polymers in n-Butylpropionat
mit folgender Zusammensetzung:
20% Isobornylmethacrylat
28%
MMA
42% Butylacrylat
10% 2-{[N-(3-isocyanato-4-methylphenyl)carbamoyl](tert-butyl)amino}ethylmethacrylat This gives a 75% solution of the polymer in n-butyl propionate having the following composition:
20% isobornyl methacrylate
28% MMA
42% butyl acrylate
10% 2 - {[N- (3-isocyanato-4-methylphenyl) carbamoyl] (tert-butyl) amino} ethyl methacrylate
Beispiel 4 Chemikalienbeständigkeit von Filmen der Polymeren aus Beispiel 2 und Beispiel 3Example 4 Chemical resistance of films of the polymers of Example 2 and Example 3
Herstellung der Filme:Production of the films:
49,4 g einer mit Methylethylketon auf 60% verdünnten Polymerlösung aus Beispiel 2 oder Beispiel 3 wird mit 0,59 g einer 60%igen Lösung von 1,4-Butandiol in Methylethylketon und 0,35 g einer 0,01%igen Lösung von Dibutylzinndilaurat in dem Lösungsmittelgemisch Solvesso 100:n-Butylacetat = 2:1 gemischt und auf Metallplatten in 25 Minuten bei 145°C zu 30 μm dicken Filmen vernetzt.49.4 g of a polymer solution diluted to 60% with methyl ethyl ketone from Example 2 or Example 3 is treated with 0.59 g of a 60% solution of 1,4-butanediol in methyl ethyl ketone and 0.35 g of a 0.01% Solution of dibutyltin dilaurate in the solvent mixture Solvesso 100: n-butyl acetate = 2: 1 mixed and on metal plates in 25 minutes at 145 ° C to 30 microns thick films networked.
Beständigkeitstest:Resistance test:
Ein Tropfen des jeweiligen Mediums wird auf eine Probe des vernetzten Films aufgetragen. Man belässt die Substanz bei 80°C 30 min lang auf dem Film, anschließend spült man die Filmoberfläche mit entsalztem Wasser und trocknet sie mit Fließpapier. Die Filmoberfläche wird visuell beurteilt.
- a) Testmedium 5%ige Natronlauge Film aus Polymer nach Beispiel 2: Oberfläche weist Risse und beginnende Durchätzung auf. Film aus Polymer nach Beispiel 3: Oberfläche ist durchgeätzt.
- b) Testmedium 20%ige Salzsäure Film aus Polymer nach Beispiel 2: Oberfläche ist matt und weich. Eine Verfärbung ist erkennbar. Film aus Polymer nach Beispiel 3: Oberfläche weist Risse und beginnende Durchätzung auf.
- a) Test medium 5% sodium hydroxide film of polymer according to Example 2: surface has cracks and incipient etching. Film of polymer according to Example 3: surface is etched through.
- b) Test medium 20% hydrochloric acid film of polymer according to Example 2: surface is dull and soft. A discoloration is recognizable. Polymer film according to Example 3: surface has cracks and incipient etching.
Es zeigt sich, dass das Polymer nach Beispiel 3 eine verringerte Chemikalienbeständigkeit im Vergleich zu Polymer nach Beispiel 2 aufweist.It turns out that the polymer according to Example 3 a reduced chemical resistance in the United has the same polymer according to Example 2.
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2008
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