DE19644932A1 - Base-catalysed reaction of 1,3-di:isocyanato alkyl cycloalkane - Google Patents
Base-catalysed reaction of 1,3-di:isocyanato alkyl cycloalkaneInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft neue lichtechte, Allophanatgruppen aufweisende höherfunk tionelle Polyisocyanate, Verfahren zu ihrer Herstellung und deren Verwendung zur Beschichtung beliebiger Substrate.The invention relates to new lightfast, allophanate having higher radio tional polyisocyanates, process for their preparation and their use for Coating of any substrates.
Es ist bekannt, mit Hilfe der Gasphasenphosgeniertechnik u. a. (cyclo-)aliphatische Diisocyanate mit den Isocyanatgruppen in 1.3-Stellung zueinander in hoher Rein heit und technisch guten Ausbeute zu synthetisieren (EP-A-0 676 392). Aufgrund des bekannten hohen lacktechnischen Eigenschaftsniveaus chemisch modifizierter "lichtechter" (cyclo-)aliphatischer Diisocyanate wären auch oben genannte 1,3- Diisocyanato-(cyclo)-alkane von hohem Interesse für Lackanwendungen.It is known, with the help of Gasphasenphosgeniertechnik u. a. (Cyclo) aliphatic Diisocyanates with the isocyanate groups in 1.3 position to each other in high purity unit and synthesize good yield (EP-A-0 676 392). by virtue of of the known high level of technical properties "light fast" (cyclo) aliphatic diisocyanates would also be mentioned above. Diisocyanato (cyclo) alkanes of high interest for coating applications.
Besonders hochwertige Lacke auf Isocyanatbasis mit hervorragenden optischen und bewitterungsfesten Eigenschaften sowie einer ausgezeichneten Lösemittelfestig keit enthalten in den meisten Fällen Isocyanuratgruppierungen, gegebenenfalls in Kombination mit anteiligen Urethan- und/oder Allophanateinheiten. Zur Synthese von trimeren Isocyanaten werden bekanntermaßen eine ganze Reihe überwiegend basischer Katalysatoren verwendet, z. B. H.J. Laas et al, Journal prakt. Chemie 336 (1994) und D. Dieterich, Houben-Weyl, Bd. E20 (1987) S. 1742 f. Zur Herstellung für technisch wichtige Isocyanurate, z. B. auf der Basis von Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder Isophorondiisocyanat (IPDI) werden Kataly satoren auf der Basis quarternärer Ammoniumhydroxide (EP-A-0 330 966) -fluoride (EP-A-3 393 396), -siliziumorganische Verbindungen (EP-A-57 653, EP- A-89 297, EP-A-187 105, EP-A-197 864) sowie insbesondere bei höheren Tempe raturen, tert.-Amine (GB-A-2 222 161) bzw. Aminoalkohole (GB-A-2 221 465) eingesetzt.High quality isocyanate based paints with excellent optical properties and weatherproof properties as well as an excellent solvent-resistant in most cases contain isocyanurate moieties, optionally in Combination with proportionate urethane and / or allophanate units. For synthesis trimeric isocyanates are known to be quite a few predominantly basic catalysts used, for. B.H.J. Laas et al, Journal prakt. Chemistry 336 (1994) and D. Dieterich, Houben-Weyl, Vol. E20 (1987) p. 1742 f. For the production for technically important isocyanurates, eg. B. based on Hexamethylene diisocyanate (HDI) or isophorone diisocyanate (IPDI) become catalysis based on quaternary ammonium hydroxides (EP-A-0 330 966) fluorides (EP-A-3 393 396), organosilicon compounds (EP-A-57 653, EP- A-89 297, EP-A-187 105, EP-A-197 864) and in particular at a higher temperature Tertiary amines (GB-A-2 222 161) or aminoalcohols (GB-A-2 221 465) used.
Trimerisierungs- und Dimerisierungsreaktionen (cyclo-)aliphatischer Polyisocyana te können auch mit Hilfe chemisch kovalent an eine Polymermatrix gebundener basischer Katalysatoren durchgeführt werden (z. B. US-A 5 221 743, US-A 5 315 004).Trimerization and dimerization reactions of (cyclo) aliphatic polyisocyanate Te can also be chemically covalently bound to a polymer matrix basic catalysts are carried out (eg US-A 5 221 743, US-A 5,315,004).
Der Hauptvorteil in einer derartigen Vorgehensweise liegt in einer schnellen quan titativen Abstoppung der katalysierten Trimerisation beim gewünschten Um setzungsgrad durch Entfernung des Festbettkatalysators z. B. durch Filtration, ohne daß chemische Desaktivatoren, die zu Nachteilen führen können, mitverwendet werden müssen.The main advantage of such a procedure is a quick quan titative stopping of the catalyzed trimerization at the desired Um degree of settling by removal of the fixed bed catalyst z. B. by filtration, without that chemical deactivators, which can lead to disadvantages, concomitantly used Need to become.
Für Vernetzereigenschaften eines chemisch modifizierten Lackisocyanats ist die sogenannte mittlere Funktionalität, d.i. die Anzahl der bei einer Polyadditions reaktion zur Verfügung stehenden NCO-Gruppen pro mittlere Molmasse wesentlich. Insbesondere durch Trimesierungs- und Biuretisierungsreaktionen von Diisocyanaten mit anschließender Homologisierung zu oligomeren bis höhermole kularen Folgeprodukten können für Vernetzungszwecke ausreichend hohe NCO- Funktionalitäten erreicht werden.For crosslinking properties of a chemically modified lacquer isocyanate is the so-called mean functionality, d.i. the number of polyadditions reaction available NCO groups per average molecular weight essential. In particular by Trimesierungs- and biuretization reactions of Diisocyanates with subsequent homologation to oligomeric to höhermole For subsequent crosslinking purposes, secondary products can be sufficiently high in NCO Functionalities are achieved.
Je weiter die homologe Polyaddition der Polyisocyanat-Isocyanurate unter Er höhung der mittleren Funktionalität vervollständigt wird, desto stärker steigt die Viskosität der erhaltenen Endprodukte unter Verringerung ihres NCO-Gehaltes.The further the homologous polyaddition of the polyisocyanate isocyanurates under Er Increasing the average functionality is completed, the more it increases Viscosity of the final products obtained while reducing their NCO content.
Eine Reihe weiterer wünschenswerter Eigenschaften von Lackisocyanaten kann durch gezielten Einbau eines Anteils an Urethan- und/oder Allophanatgruppen erreicht werden.A number of other desirable properties of lacquer isocyanates can by targeted incorporation of a proportion of urethane and / or allophanate groups be achieved.
Urethangruppen können darüber hinaus durch cokatalytische Effekte einen günstigen Reaktionsverlauf bewirken. Allophanatgruppen haben insbesondere im Hinblick auf eine angestrebte Reduzierung des Lösemittelgehaltes von Lackbindemitteln ("High-Solid-Lacke") einen günstigen viskositätserniedrigenden Einfluß, z. B. (EP-A-0 566 037, EP-A 496 208, EP-A 524 501, EP-A 535 483, EP- A 0 649 866). Auch begünstigen sie eine bessere Verträglichkeit von Isocyanat lackharzen mit den vielfach verwendeten unpolaren Lacklösemitteln, z. B. auf Benzinbasis.In addition, urethane groups can have a cocatalytic effect effect favorable reaction course. Allophanate groups have in particular With regard to a desired reduction of the solvent content of Paint binders ("high solid paints") have a favorable viscosity-reducing Influence, z. (EP-A-0 566 037, EP-A 496 208, EP-A 524 501, EP-A 535 483, EP-A A 0 649 866). Also, they favor a better compatibility of isocyanate lacquer resins with the frequently used nonpolar lacquer solvents, eg. B. on Gasoline base.
Der Anteil von Allophanateinheiten, z. B. im Gemisch mit trimeren Isocyanaten muß begrenzt bleiben, weil durch ihre vergleichsweise niedrigere mittlere NCO- Funktionalität die Vernetzereigenschaft des Trimer-/Allophanatgemisches mit stei gendem Allophanatgehalt abnimmt, wobei wichtige anwendungstechnische Eigen schaften wie z. B. Trocknungsverhalten, Filmhärte und Lösemittelbeständigkeit ver schlechtert werden (z. B. EP-A 0 566 037, EP-A 0 649 866).The proportion of allophanate units, z. B. in admixture with trimeric isocyanates has to be limited because its comparatively lower mean NCO Functionality the crosslinking property of the trimer / allophanate mixture with stei decreasing allophanate content, with important application properties such as B. drying behavior, film hardness and solvent resistance ver (eg EP-A 0 566 037, EP-A 0 649 866).
Der erzielbare Allophanatgehalt bei der Trimerisierung (cyclo-)aliphatischer Diisocyanate in Gegenwart basischer Katalysatoren in Kombination mit Alkoholen ist auch chemisch begrenzt, weil die Isocyanuratbildung bevorzugt abläuft. Durch eine gezielte Temperaturführung - die Allophanatisierungsreaktion aus der Urethan stufe verläuft i.a. mit steigender Temperatur schneller - läßt sich der Allophanatgehalt (cyclo-)aliphatischer Isocyanurate in allerdings begrenztem Umfang erhöhen.The achievable allophanate content in the trimerization (cyclo-) aliphatic Diisocyanates in the presence of basic catalysts in combination with alcohols is also chemically limited, because the Isocyanuratbildung preferably proceeds. By a targeted temperature control - the allophanatization reaction from the urethane i.a. with increasing temperature faster - can the Allophanate content of (cyclo) aliphatic isocyanurates in a limited amount Increase circumference.
Überwiegend Allophanatgruppen enthaltene Isocyanate lassen sich aus Urethan gruppen durch thermische Behandlung oder durch saure Katalyse mit Säuren (z. B. EP-A 0 000 194) - verbunden mit möglicherweise stark verfärbten Endprodukten (z. B. GB-A 994 890) - oder z. B. die in der Polyurethanchemie bekannten Zinn katalysatoren (z. B. EP-A 0 682 012) herstellen.Predominantly allophanate-containing isocyanates can be made from urethane groups by thermal treatment or by acid catalysis with acids (eg. EP-A 0 000 194) - associated with possibly strongly discolored end products (eg GB-A 994 890) - or z. As known in polyurethane chemistry tin catalysts (eg EP-A 0 682 012).
Die Verwendung basischer Katalysatoren führt - wie oben bereits erwähnt - nicht zu reinen Allophanatstrukturen, sondern zu Produktgemischen mit z. B. Uretdion-, Isocyanurat- und Biuretanteilen (z. B. EP-A 0 682 012, S. 2 Z. 46 f).The use of basic catalysts does not - as mentioned above - not to pure allophanate, but to product mixtures with z. Eg uretdione, Isocyanurate and biuretan parts (eg EP-A 0 682 012, page 2, line 46 f).
Erst durch Verwendung höherfunktioneller Alkohole läßt sich die mittlere NCO- Funktionalität der beschriebenen Allophanatharze soweit erhöhen, daß Vernetzer eigenschaften resultieren (z. B. EP-A 0 000 194).Only by using higher-functionality alcohols can the mean NCO Increase the functionality of the described allophanate resins to such an extent that crosslinkers properties (eg EP-A 0 000 194).
Die Herstellung lichtechter überwiegend allophanatgruppenhaltiger Isocyanate kann mit Hilfe saurer, bzw. Sn-haltiger Katalysatoren erreicht werden. Zur Erhöhung der für eine Vernetzerwirkung wichtigen mittleren NCO-Funktionalität ist der Einsatz höherfunktioneller Alkohole notwendig. Bei Einsatz basischer Katalysatoren muß die Bildung wesentlicher Anteile an Isocyanuratstrukturen in Kauf genommen wer den. Die thermische Rückspaltung von Allophanatgruppen führt in der Regel zu einer unerwünschten Erhöhung des Gehaltes an monomerem Isocyanat.The preparation of lightfast predominantly allophanatgruppenhaltiger isocyanates can be achieved with the help of acidic or Sn-containing catalysts. To increase the for a crosslinking effect important average NCO functionality is the use higher functional alcohols necessary. When using basic catalysts must the formation of substantial shares in isocyanurate structures accepted who the. The thermal cleavage of allophanate groups usually leads to an undesirable increase in the content of monomeric isocyanate.
Der Versuch 1,3-Diisocyanatoalkylcycloalkane (Gemisch aus cis- und trans-Stereo isomeren) in Gegenwart an sich aus der Polyurethanchemie bekannter Katalysa toren wie z. B. Bleisalzen von Carbonsäuren, tertiären Aminen und Amino alkoholen umzusetzen, führt nicht zur Bildung von trimeren Isocyanaten, sondern zu heterocyclischen Polyamid-1.1-polymerisaten ("α-Nylon", EP-A 0 014 365). Die Polyamidbildung erfolgt dabei im wesentlichen aus den Konfigurations-Iso meren der verwendeten alkylsubstituierten 1,3-Diisocyanato-Cyclohexane, die die beiden NCO-Gruppen in cis-Stellung zueinander tragen. The experiment 1,3-Diisocyanatoalkylcycloalkane (mixture of cis- and trans-stereo isomeric) in the presence of catalysis known from polyurethane chemistry gates such as B. lead salts of carboxylic acids, tertiary amines and amino To convert alcohols, does not lead to the formation of trimeric isocyanates, but to heterocyclic polyamide-1,1-polymerizates ("α-nylon", EP-A 0 014 365). The polyamide formation takes place essentially from the configuration Iso mers of the alkyl-substituted 1,3-diisocyanato-cyclohexanes used, the carry two NCO groups in cis position to each other.
Die trans-Konfigurationsisomeren bleiben dabei weitgehend unverändert, so daß dieses Verfahren durch Ausfällen der schwerlöslichen, nahezu NCO-freien Poly amide zur Trennung des Isomerengemisches herangezogen werden kann. Das reine cis- 1.3-Diisocyanat kann dann durch thermische Spaltung des Polyamids bei höheren Temperaturen (ca. 230°C) regeneriert werden.The trans configuration isomers remain largely unchanged, so that this method by precipitating the sparingly soluble, almost NCO-free poly amide can be used to separate the isomer mixture. The pure one cis-1,3-diisocyanate can then by thermal cleavage of the polyamide at higher temperatures (about 230 ° C) to be regenerated.
Es wurde nunmehr überraschenderweise gefunden, daß 1.3-Diisocyanatoalkyl cycloalkane mit basischen Katalysatoren zu hochwertigen chemisch modifizierten Polyisocyanaten reagieren, ohne daß wesentliche Anteile störender Polyamid-1.1- Anteile gebildet werden, wenn man die Umsetzung in Gegenwart von Urethangruppen durchführt.It has now surprisingly been found that 1,3-diisocyanatoalkyl cycloalkanes with basic catalysts to high-quality chemically modified Polyisocyanates react without substantial amounts of interfering polyamide-1,1- Shares are formed when the reaction in the presence of Urethane groups performs.
Die Allophanatisierungsreaktion der beschriebenen 1.3-Diisocyanate führt bereits mit monofunktionellen Alkoholen zu wärme- und lagerstabilen Polyisocyanaten, die eine für Vernetzungseigenschaften geeignete mittlere NCO-Funktionalität ober halb zwei aufweisen, ohne daß wesentliche Anteile höherfunktioneller Isocyanurat strukturen gebildet werden.The allophanatization reaction of the 1,3-diisocyanates described already leads with monofunctional alcohols to heat and storage stable polyisocyanates, the one for networking properties suitable average NCO functionality above have half two, without significant proportions of higher functional isocyanurate structures are formed.
Es muß daher als überraschend angesehen werden, daß die aus den beschriebenen alkylsubstituierten cycloaliphatischen Diisocyanaten gewonnenen, Allophanatgrup pen und ihre Isocyanat-Folgeadditionsprodukte ("Polyallophanate") enthaltenden Polyisocyanate im lacktechnischen Niveau den bekannten Trimerisaten auf der Basis (cyclo-)aliphatischer Diisocyanate ebenbürtig sind und darüber hinaus Vor teile in Hinsicht einer niedrigen Viskosität und einer besseren Verträglichkeit mit unpolaren Lacklösemittel aufweisen.It must therefore be regarded as surprising that the described alkyl-substituted cycloaliphatic diisocyanates, allophanate group pen and their isocyanate folic addition products ("polyallophanates") containing Polyisocyanates in the paint level the known Trimerisaten on the Base (cyclo) aliphatic diisocyanates are equal and beyond Vor Share in terms of low viscosity and better compatibility with have non-polar paint solvent.
Gegenstand der Erfindung sind die basenkatalysierten Umsetzungsprodukte von 1,3-Diisocyanatoalkylcyclohexanen R₁ (NCO)₂ in Gegenwart acyclisch gebundener Urethan-(I) bzw. der entsprechenden isomeren cyclisch gebundenen Allophanat gruppen (II) und gegebenenfalls ihrer höhermolekularen Homologen der Formel,The invention relates to the base-catalyzed reaction products of 1,3-Diisocyanatoalkylcyclohexanen R₁ (NCO) ₂ in the presence of acyclic bonded Urethane (I) or the corresponding isomeric cyclically bound allophanate groups (II) and optionally their higher molecular weight homologues of the formula
die durch Umsetzung von kovalent gebundene Hydroxidgruppen tragenden Ver
bindungen A(OH)x mit den Diisocyanaten R₁(NCO)₂ erhalten werden, wobei
A für einen Rest steht, wie er durch Entfernung der OH-Gruppen aus einer x
wertigen organischen Hydroxylverbindungen erhalten wird,
R₁ für einen Rest steht, wie er durch Entfernung der Isocyanatgruppen aus
einem Diisocyanat R₁(NCO)₂ erhalten wird,
n bezeichnet die Anzahl NCO-Äquivalente der eingesetzten Diisocyanatkom
ponenten
x bezeichnet die Anzahl OH-Äquivalente der eingesetzten Hydroxylkom
ponenten,
y=x-n bezeichnet den Anteil gegebenenfalls nicht umgesetzter Hydroxylgruppen
und beträgt O < y <4
n-x+y steht für die Anzahl NCO-Gruppen der Urethane und beträgt max. 4,
und wobei ein NCO/OH-Verhältnis von 0,5 : 1 bis 200 : 1 gewählt werden kann und
der Gehalt an Urethan- (59 g/mol) bzw. den entsprechenden isomeren cyclischen
Allophanatgruppen (101 g/mol) zwischen 0,05 bis 48 Gew.-%, bezogen auf die
eingesetzte Reaktionsmasse beträgt, und wobei im Anschluß oder gleichzeitig mit
der Urethanisierungsreaktion in einem stöchiometrischen Überschuß von NCO/OH-
Gruppen (bezogen auf die eingesetzte Menge an Hydroxylverbindung) vom 1,05 : 1
bis 200 : 1 gegebenenfalls in Anwesenheit von Luft durch Zugabe von 0,00005-
10 Gew.-% eines monomeren oder an einer schwerlöslichen Matrix ionisch oder
bevorzugt kovalent gebundenen basischen Katalysators, der gegebenenfalls über
kovalent gebundene Hydroxylgruppen verfügt, eine weitergehende Polyadditions
reaktion erfolgt, die zu Polyallophanatpolyisocyanaten mit einem Gehalt an Allo
phanatgruppen zwischen 2-55 Gew.-% der Formelthe Ver by the reaction of covalently bonded hydroxide carrying Ver compounds A (OH) x with the diisocyanates R₁ (NCO) ₂ are obtained, wherein
A is a radical obtained by removal of the OH groups from a hydroxyl-valent organic compound,
R₁ is a radical as obtained by removal of the isocyanate groups from a diisocyanate R₁ (NCO) ₂,
n denotes the number of NCO equivalents of Diisocyanatkom used components
x denotes the number of OH equivalents of the hydroxyl components used,
y = xn denotes the proportion of optionally unreacted hydroxyl groups and O <y <4
n-x + y stands for the number of NCO groups of the urethanes and is max. 4,
and wherein an NCO / OH ratio of 0.5: 1 to 200: 1 can be selected and the content of urethane (59 g / mol) or the corresponding isomeric cyclic allophanate groups (101 g / mol) between 0.05 to 48 wt .-%, based on the reaction mass used, and wherein, following or simultaneously with the urethanization reaction in a stoichiometric excess of NCO / OH groups (based on the amount of hydroxyl compound used) of 1.05: 1 to 200 : 1 optionally in the presence of air by addition of 0.00005-10 wt .-% of a monomeric or sparingly soluble matrix ionically or preferably covalently bonded basic catalyst which optionally has covalently bonded hydroxyl groups, a more extensive polyaddition reaction takes place, the Polyallophanate polyisocyanates containing allo phanatgruppen 2-55 wt .-% of the formula
führt, wobei x die vorher genannte Bedeutung hat, und
wobei auch Gemische der Strukturen (III) und (IV) auftreten können und m eine
Zahl < 1,05 und p < 0 sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Polyallophanat
polyisocyanatgemischeleads, where x has the meaning previously mentioned, and
wherein mixtures of structures (III) and (IV) may occur and m is a number <1.05 and p <0, characterized in that these polyallophanate polyisocyanate
- - weniger als 10 Gew.-% an weitgehend isocyanatgruppenfreien schwer löslischen hetero-cyclischen Polyamid-1.1-Verbindungen aufweisen,- Less than 10 wt .-% of largely isocyanate-free heavy having soluble heterocyclic polyamide-1.1 compounds,
- - ihre mittlere NCO-Funktionalität oberhalb 2,1 liegt,their mean NCO functionality is above 2.1,
- - weniger als 10 Gew.-% Isocyanuratstrukturen auf Basis cycloaliphatischer Alkyl-1,3-Diisocyanate enthalten,less than 10% by weight of isocyanurate structures based on cycloaliphatic Contain alkyl-1,3-diisocyanates,
- - und der Gehalt an monomeren Ausgangsdiisocyanat weniger als 2 Gew.-% beträgt.- and the content of monomeric starting diisocyanate less than 2 wt .-% is.
Die erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemische - im folgenden als "Polyallophanat polyisocyanate" bezeichnet - haben einen Gehalt an NCO-Gruppen zwischen 1 und 25 Gew.-%, eine mittlere NCO-Funktionalität von 2,1-6,0 einen Gehalt an Urethangruppen (59 g/mol) von 0,05 bis 15 Gew.-% und einen Gehalt an Allo phanatgruppen (101 g/mol) von 2-55 Gew.-%. Durch Wahl der stöchiometrischen NCO/OH-Verhältnisse und der Verfahrensparameter (z. B. Temperaturführung, Konzentration des basischen Katalysator) kann die Zusammensetzung des erfin dungsgemäßen Polyisocyanatgemisches innerhalb der angegebenen Grenzen gezielt variert werden.The polyisocyanate mixtures according to the invention - hereinafter referred to as "polyallophanate polyisocyanates "- have a content of NCO groups between 1 and 25 wt .-%, an average NCO functionality of 2.1-6.0 a content of Urethane groups (59 g / mol) from 0.05 to 15 wt .-% and a content of Allo Phanatgruppen (101 g / mol) of 2-55 wt .-%. By choosing the stoichiometric NCO / OH ratios and the process parameters (eg temperature control, Concentration of the basic catalyst) may erfin the composition of Polyisocyanate according to the invention within the limits specified be varied.
Die Angaben bezüglich der mittleren NCO-Funktionalität errechnen sich aus dem titrimetrisch oder IR-spektroskopisch ermittelten NCO-Gehalt und dem mit Hilfe der Gelpermeationschromatographie erhaltenen mittleren Molekulargewicht Mn. The data concerning the average NCO functionality are calculated from the NCO content determined by titrimetry or IR spectroscopy and the mean molecular weight M n obtained with the aid of gel permeation chromatography.
Bei der Herstellung der urethangruppenhaltigen Ausgangsmaterialien ist auch die Mitverwendung von (cyclo-)aliphatischen Monoisocyanaten und/oder di- und/oder höher als difunktioneller Polyisocyanate möglich. Beispiele hierfür sind Cyclo hexylisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat und ihre Trimeren (Isocyanurate), sowie Nonantriisocyanat.In the preparation of urethane group-containing starting materials is also the Concomitant use of (cyclo) aliphatic monoisocyanates and / or di- and / or higher than difunctional polyisocyanates possible. Examples are cyclo hexyl isocyanate, hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate and their trimers (Isocyanurates), as well as nonane triisocyanate.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Allophanatpolyisocyanatgemische in Gegenwart von Urethangruppen und mit Hilfe basischer Katalysatoren gibt es ver schiedene Verfahrensausführungen.For the preparation of allophanate polyisocyanate mixtures according to the invention in Presence of urethane groups and with the help of basic catalysts there ver different process versions.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung dieser Polyisocyanate
durch Umsetzung eines 1,3-Diisocyanato-alkylcydohexans R₁(NCO)₂ des Mole
kulargewichtsbereichs von 180-292 mit einer kovalent gebundenen Hydroxid
gruppen tragenden Verbindung unter Einhaltung eines Äquivalentverhältnisses von
NCO- zu OH-Gruppen von 0,5 : 1 bis 200 : 1 zu urethangruppenhaltigen
Verbindungen mit einem Urethangehalt [59 g/mol] zwischen 0,05 und 48 Gew.-%,
und Weiterreaktion dieser urethangruppenhaltigen Verbindungen in einem
stöchiometrischen Überschuß an 1,3-ständigen NCO-Gruppen von mindestens
1,05 : 1 bis 200 : 1 (bezogen auf die eingesetzte OH-Verbindung) unter Mitwirkung
eines basischen Katalysators, der gegebenenfalls kovalent gebundene Hydroxid
gruppen trägt, in Mengen von 5 × 10-5 bis 10 Gew.-%, der gegebenenfalls in
inerten oder gegenüber Isocyanatgruppen reaktive H-Atome enthaltenden
Lösungsmitteln verdünnt eingesetzt wird, gegebenenfalls in Anwesenheit von Luft,
zu allophanatgruppentragenden Polyisocyanatgemischen und ihren Folgeprodukten
im Sinne der Isocyanat-Polyaddition mit einem Urethangehalt [59 g/Mol] zwischen
0,05 bis 15 Gew.-% und mit einem Gehalt an Allophanateinheiten [101 g/mol] von
2-55 Gew.-%, wobei die Zugabe des gegebenenfalls in gelöster Form vor
liegenden basischen Katalysators gleichzeitig mit oder nach Zugabe der hydroxid
gruppentragenden Verbindungen A(OH)x erfolgt und wobei im Falle, daß der
basische Katalysator über kovalent gebundene zur Urethanisierung des
eingesetzten 1,3-Diisocyanats befähigte Hydroxidgruppen verfügt, auf den Einsatz
der Hydroxidverbindungen A(OH)x verzichtet werden kann und wobei
gegebenenfalls anteilig di- und/oder höherfunktionelle (cyclo-)aliphatische Poly
isocyanate, die die NCO-Gruppen nicht in 1,3-Position zueinander tragen, mit
verwendet werden können und wobei gegebenenfalls die Reaktion beim ge
wünschten Umsetzungsgrad durch Zugabe eines chemischen Stoppers und/oder
thermische Desaktivierung beendet wird, und im Anschluß an die basisch kata
lysierte Polyallophanatisierungsreaktion noch vorliegendes leicht flüchtiges, nicht
umgesetztes Ausgangspolyisocyanat durch destillative oder extraktive Methoden
aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird, oder wobei gegebenenfalls im Verlauf
der Allophanatisierungsreaktion beisteigender Viskosität nach und nach ein
gegenüber Isocyanatgruppen inertes Lösungsmittel zugesetzt wird, so daß letzten
Endes eine ca. 30-95, bevorzugt 50-90%ige Lösung des Allophanatpolyiso
cyanats entsteht,
dadurch gekennzeichnet, daß die entstandenen Polyallophanatpolyisocyanat
gemischeThe invention relates to a process for the preparation of these polyisocyanates by reacting a 1,3-diisocyanato-alkylcydohexane R₁ (NCO) ₂ of Mole kulargewichtsbereichs of 180-292 with a covalently bound hydroxide-carrying compounds compound while maintaining an equivalent ratio of NCO- to OH- Groups of 0.5: 1 to 200: 1 to urethane group-containing compounds having a urethane content [59 g / mol] between 0.05 and 48 wt .-%, and further reaction of these urethane group-containing compounds in a stoichiometric excess of 1,3-NCO NCO Groups of at least 1.05: 1 to 200: 1 (based on the OH compound used) with the assistance of a basic catalyst which optionally carries covalently bonded hydroxyl groups, in amounts of 5 × 10 -5 to 10 wt .-% optionally diluted in inert or isocyanate-reactive H-containing solvents, if appropriate in the presence of air allophanate-group-containing polyisocyanate mixtures and their secondary products in the sense of the isocyanate polyaddition having a urethane content [59 g / mol] between 0.05 to 15 wt.% and containing allophanate units [101 g / mol] of 2-55 wt. wherein the addition of the optionally present in dissolved form prior basic catalyst is carried out simultaneously with or after addition of the hydroxide group-carrying compounds A (OH) x and wherein in the case that the basic catalyst capable of covalently bound to urethanization of the 1,3-diisocyanate used Has hydroxide groups, can be dispensed with the use of the hydroxide A (OH) x and optionally with proportional di- and / or higher functional (cyclo) aliphatic poly isocyanates, which do not carry the NCO groups in the 1,3-position to each other, with and where appropriate, the reaction at the ge desired degree of conversion by adding a chemical stopper and / or thermal deactivation ivierung is terminated, and subsequent to the basic kata lysed Polyallophanatisierungsreaktion still present volatile, unreacted starting polyisocyanate is removed by distillation or extractive methods from the reaction mixture, or optionally wherein in the course of the allophanatization beingigender viscosity gradually added an isocyanate inert solvent so that ultimately a ca. 30-95, preferably 50-90% solution of Allophanatpolyiso cyanate arises,
characterized in that the resulting Polyallophanatpolyisocyanat mixtures
- - weniger als 10 Gew.-% an weitgehend isocyanatgruppenfreien, schwerlös lichen heterocyclischen Polyamid 1,1-Verbindungen aufweisen,- Less than 10 wt .-% of largely isocyanate-free, schwerlös have heterocyclic polyamide-1,1-compounds,
- - ihre mittlere NCO-Funktionalität oberhalb 2,1 liegt,their mean NCO functionality is above 2.1,
- - weniger als 10 Gew.-% Isocyanuratstrukturen auf Basis cycloaliphatischer Alkyl-1,3-diisocyanate enthalten.less than 10% by weight of isocyanurate structures based on cycloaliphatic Containing alkyl 1,3-diisocyanates.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Polyallophanatpolyisocyanatgemische unter Mitwirkung basischer an eine Matrix chemisch fixierter Katalysatoren.The invention is also a further process for the preparation of Polyallophanatpolyisocyanatgemische with the participation of basic to a matrix chemically fixed catalysts.
Die Trimerisierungs- und Dimerisierungsreaktion (cyclo-)aliphatischer Diiso cyanate wie z. B. Hexamethylendiisocyanat (HDI) mit Hilfe chemisch fixierter an eine polymere Trägermatrix gebundener an sich bekannter basischer Katalysator verbindungen ist beschrieben (US-A 5 221 743, US-A 315 004).The trimerization and dimerization reaction of (cyclo) aliphatic diiso cyanates such as. As hexamethylene diisocyanate (HDI) using chemically fixed on a polymeric support matrix bound basic catalyst known per se compounds is described (US-A 5 221 743, US-A 315 004).
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Herstellung der erfindungsge mäßen höherfunktionellen Allophanatpolyisocyanatgemische, die an das Vorliegen von Urethangruppen gebunden ist, auch mit Hilfe der obengenannten Festbett katalysatoren möglich ist, wenn man dafür sorgt, daß durch Reaktion des 1.3- cycloaliphatischen Diisocyanats mit kovalent gebundenen OH-Gruppen eine für die basisch katalysierte Allophanatisierungsreaktion ausreichende Menge an Urethan gruppen vorliegt. Surprisingly, it has now been found that the preparation of the erfindungsge according to higher-functionality allophanate polyisocyanate mixtures which are present is bound by urethane groups, also with the help of the above-mentioned fixed bed catalysts is possible by ensuring that by reaction of the 1,3- cycloaliphatic diisocyanate with covalently bonded OH groups one for the basic catalyzed allophanatization reaction, sufficient amount of urethane groups.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein weiteres Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen höherfunktionellen Allophanatpolyisocyanatgemische durch Umsetzung eines cycloaliphatischen Alkyl-1,3-diisocyanats R₁(NCO)₂ des Mole kulargewichtsbereichs 180-292 mit kovalent gebundenen Hydroxidgruppen unter Einhaltung eines Äquivalentverhältnisses von NCO- zu OH-Gruppen von 0,5 : 1 bis 200 : 1 zu urethangruppenhaltigen Verbindungen mit einem Urethangehalt (59 g/mol) zwischen 0,5 und 48 Gew.-% und Weiterreaktion dieser urethangrup penhaltigen Verbindungen, gegebenenfalls in Anwesenheit von Luft, in einem stöchiometrischen Überschuß an 1,3-ständigen NCO-Gruppen von mindestens 1,05 : 1 bis 200 : 1 (bezogen auf die eingesetzten OH-Äquivalente) unter Mitwirkung eines basischen Katalysators, der ionisch oder bevorzugt kovalent in Mengen von 0,005-10 mEq/g Polymersubstanz in einer festen organischen oder anorganischen Matrix gebunden vorliegt, zu Polyallophanatpolyisocyanatgemischen mit einem Gehalt an Urethangruppen zwischen 0,05 bis 15 Gew.-% und einem Gehalt an Allophanatgruppen zwischen 2-55 Gew.-%, wobei der Kontakt der Aus gangsmaterialien mit dem beschriebenen Festbettkatalysator nach oder gleichzeitig mit der Urethanisierungsreaktion der cycloaliphatischen 1,3-Diisocyanate herge stellt werden kann, wobei die kovalent gebundenen OH-Gruppen Teil der beschrie benen Hydroxidkomponenten A(OH)x sein können, und im Falle, daß der che misch fixierte Festbettkatalysator über kovalent gebundene Hydroxidgruppen ver fügt, auf die Mitwirkung der OH-Komponenten A(OH)x verzichtet werden kann, wobei anteilig di- und höherfunktionelle (cyclo-)aliphatische Polyisocyanate, die die NCO-Gruppen nicht in 1,3-Stellung zueinander tragen, mitverwendet werden können, und die Reaktion beim gewünschten Umsetzungsgrad durch Entfernen - z. B. Filtration - des schwerlöslichen Feststoffkatalysators, gegebenenfalls unter Mitverwendung eines chemischen Abstoppers beendet wird und gegebenenfalls noch vorliegende, leicht flüchtige Ausgangsisocyanate durch destillative oder extraktive Methoden aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden oder gegebe nenfalls im Verlauf der Polyallophanatisierungsreaktionen beisteigender Viskosität nach und nach ein gegenüber Isocyanatgruppen inertes Lösungsmittel zugegeben wird, so daß eine 30-95%ige Lösung des Polyallophanatpolyisocyanatgemische entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die erfindungsgemäßen Polyallophanat gemischeThe invention thus provides a further process for preparing the higher-functionality allophanate-polyisocyanate mixtures according to the invention by reacting a cycloaliphatic alkyl-1,3-diisocyanate R₁ (NCO) ₂ of the molecular weight range 180-292 with covalently bonded hydroxide groups while maintaining an equivalent ratio of NCO to OH. Groups of 0.5: 1 to 200: 1 to urethane group-containing compounds having a urethane content (59 g / mol) between 0.5 and 48 wt .-% and further reaction of these urethane group penhaltigen compounds, optionally in the presence of air, in a stoichiometric excess to 1,3-NCO groups of at least 1.05: 1 to 200: 1 (based on the OH equivalents used) with the aid of a basic catalyst, the ionic or preferably covalently in amounts of 0.005-10 meq / g of polymeric substance is present bound in a solid organic or inorganic matrix, to Polyallophanatpolyisocyanatgemischen containing urethane groups between 0.05 to 15% by weight and an allophanate group content of between 2 and 55% by weight, the contact of the starting materials with the described fixed bed catalyst after or simultaneously with the urethanization reaction of the cycloaliphatic 1,3 Diisocyanates Herge can be provided, wherein the covalently bound OH groups may be part of the described surrounded hydroxide A (OH) x , and in the event that the che mix fixed fixed-bed catalyst ver added via covalently bound hydroxyl groups, on the participation of the OH Components A (OH) x can be dispensed with, with proportional di- and higher functional (cyclo) aliphatic polyisocyanates, which do not carry the NCO groups in the 1,3-position to each other, can be used, and the reaction at the desired degree of conversion by removal - z. B. filtration - the sparingly soluble solid catalyst, optionally with the concomitant use of a chemical stopper is terminated and optionally still present, easily volatile starting isocyanates by distillation or extractive methods are removed from the reaction mixture or, where appropriate Beistigender in the course of Polyallophanatisierungsprozesse viscosity gradually towards an isocyanate inert Solvent is added, so that a 30-95% solution of Polyallophanatpolyisocyanatgemische arises, characterized in that the polyallophanate according to the invention mixtures
- - weniger als 10 Gew.-% an weitgehend isocyanatgruppenfreien schwerlös lischen heterocyclischen Polyamid-1.1-Verbindungen aufweisen, - Less than 10 wt .-% of largely isocyanate-free heavy solution have aliphatic heterocyclic polyamide-1.1 compounds,
- - ihre mittlere NCO-Funktionalität oberhalb 2,1 liegt,their mean NCO functionality is above 2.1,
- - und weniger als 10 Gew.-% Isocyanuratstrukturen auf Basis cycloalipha tischer Alkyl-1,3-diisocyanate enthalten.and less than 10% by weight of isocyanurate structures based on cycloalipha table alkyl-1,3-diisocyanates.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch die Verwendung der nach den beiden Verfahrensausführungen erhaltenen (Poly-)allophanatpolyisocyanatgemi sche, gegebenenfalls in Kombination mit geeigneten Reaktionspartnern und gegebe nenfalls in blockierter Form als Bindemittel für die Beschichtung beliebiger Substrate.Finally, the invention also relates to the use of the according to both process variants obtained (poly) allophanatpolyisocyanategemi if appropriate in combination with appropriate reaction partners and given if appropriate in blocked form as a binder for the coating of any desired Substrates.
Ausgangsstoffe für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyisocyanate sind nach den beiden beschriebenen Verfahren cycloaliphatische Alkyl-Diisocyanate mit 9-17 Kohlenstoffatomen und den Isocyanatgruppen in 1,3-Stellung zueinander:Starting materials for the preparation of the polyisocyanates of the invention are according to the two methods described cycloaliphatic alkyl diisocyanates with 9-17 carbon atoms and the isocyanate groups in the 1,3-position to each other:
R₁(NCO)₂R₁ (NCO) ₂
Zu den geeigneten cycloaliphatischen Alkyl-Diisocyanaten gehören 2,4-Diisocya nato-1-methylcyclohexan, 2,6-Diisocyanato-1-methylcyclohexan, 2,4-Diisocyanato- 1-methyl-3,5-diethylcyclohexan, 2,6-Diisocyanato-1-methyl-3,5-diethylcyclohexan, 2,4-Diisocyanato-1,3,5-triisopropylcyclohexan, 2,6-Diisocyanato-1,3,5-triisopropyl cyclohexan, 2,4-Diisocyanato-1-isopropylcyclohexan, 2,6-Diisocyanato-1-isopro pylcyclohexan, sowie die isomeren Gemische der aufgeführten Alkylcydohexan diisocyanate.Suitable cycloaliphatic alkyl diisocyanates include 2,4-diisocyanate nato-1-methylcyclohexane, 2,6-diisocyanato-1-methylcyclohexane, 2,4-diisocyanato 1-methyl-3,5-diethylcyclohexane, 2,6-diisocyanato-1-methyl-3,5-diethylcyclohexane, 2,4-diisocyanato-1,3,5-triisopropylcyclohexane, 2,6-diisocyanato-1,3,5-triisopropyl cyclohexane, 2,4-diisocyanato-1-isopropylcyclohexane, 2,6-diisocyanato-1-isopropyl pylcyclohexane, and the isomeric mixtures of alkylcyclohexane listed diisocyanate.
Grundsätzlich möglich ist die Beimischung bekannter (cyclo-)aliphatischer Diisocyanate, wie z. B. Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder Isophorondiisocyanat (IPDI) bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polyisocyanate. Auch höherfunktionelle monomere Ausgangsisocyanate - wie z. B. Nonantriisocyanat - können mitverwendet werden.In principle, the admixture of known (cyclo) aliphatic is possible Diisocyanates, such as. Hexamethylene diisocyanate (HDI) or isophorone diisocyanate (IPDI) in the preparation of the polyisocyanates of the invention. Also higher functional monomer starting isocyanates - such. Nonantriisocyanate - can be used.
Während die Beimischung monofunktioneller (cyclo-)aliphatischer Isocyanate möglich ist, jedoch nicht bevorzugt ist, kann es von Vorteil sein, auch trifunk tionelle (cyclo-)aliphatische Isocyanurate z. B. auf Basis der letztgenannten Diiso cyanate mitzuverwenden. While the addition of monofunctional (cyclo) aliphatic isocyanates is possible, but not preferred, it may be advantageous, even trifunk functional (cyclo) aliphatic isocyanurates z. B. based on the latter Diiso to use cyanate.
Die zweite Aufbaukomponente zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyiso cyanate sind aromatische oder acyclische bzw. cyclische aliphatische Hydroxyl gruppen aufweisende Verbindungen der Formel (V)The second structural component for the preparation of the polyiso invention cyanates are aromatic or acyclic or cyclic aliphatic hydroxyl group-containing compounds of the formula (V)
A(OH)x (V)A (OH) x (V)
in welcher
A für einen Rest steht, wie er durch Entfernung von Hydroxylgruppen aus
einer x-wertigen organischen Hydroxylgruppen aufweisenden Verbindung
erhalten wird.in which
A is a radical as obtained by removal of hydroxyl groups from an x-valent organic hydroxyl group-containing compound.
Als Polyhydroxylverbindungen A(OH)x können sowohl aromatische Verbindungen, als auch acyclische oder cyclische aliphatische, ein oder mehrere OH-Gruppen tra gende, Alkohole eingesetzt werden. Auch Gemische aus aromatisch/aliphatischen Alkoholen können eingesetzt werden.As polyhydroxyl compounds A (OH) x both aromatic compounds, and acyclic or cyclic aliphatic, one or more OH groups tra ing, alcohols are used. It is also possible to use mixtures of aromatic / aliphatic alcohols.
Zu den bevorzugten Hydroxylverbindungen A(OH)x, die gegebenenfalls auch un gesättigte Kohlenstoffatome, Ether- oder Esterverbindungen enthalten können, gehören:Preferred hydroxyl compounds A (OH) x which may optionally also contain unsaturated carbon atoms, ether or ester compounds include:
- 1. Niedermolekulare, ein- oder höherwertige, gegebenenfalls Etherbrücken aufweisende aromatische Alkohole, wie z. B. Phenol, α-Naphthol, Kresol, Resorcin oder Trishydroxybenzole.1. Low molecular weight, mono- or higher valent, optionally ether bridges having aromatic alcohols, such as. Phenol, α-naphthol, cresol, Resorcinol or trishydroxybenzenes.
-
2. Niedermolekulare, gegebenenfalls Etherbrücken aufweisende ein- oder
höherwertige (cyclo-)aliphatische Alkohole des Molekulargewichtsbereiches
32-300, wie z. B.
- 2.1 Acyclische, aliphatische Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Allylalkohol, isomere Butanole, Pentanole, Hexanole oder Heptanole, Octanole, 2-Ethylhexanol, Fettalkohole mit 10-20 Kohlenstoffatomen, Ethandiol-1,2 und 1,3-Propandiol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopentylglykol, 1,6- und 2,5- Hexandiol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 2-Methyl-2-propyl-1,3-propan diol, 2,2-Diethyl-1,3-propandiol, 2-Ethyl-1,3-hexandiol, 2,2,4-Tri methyl-1,3-pentandiol, Trimethyl-1,6-hexandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol, 2-Methyl-1,4-butandiol, 2-Methyl-1,3-propandiol, Glycerin, Butantriol, 2-Hydroxymethyl-2-methyl-1,3-propandiol, 1,2,6-Hexantriol, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Penta erythrit, Ethylenglykol-nionoalkyl- oder -arylether, Propylenglykol monoalkylether, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylen glykol;
- 2.2 Cyclische, aliphatische Alkohole wie Cyclopentanol, Cyclohexanol, Methylcyclohexanol, Trimethylcyclohexanol, 1-tert.-Butylcyclohexa nol, Menthol, Borneol und Isoborneol, 2-Hydroxydecalin, 1,2-, 1,3- und 1,4-Cyclohexandiol, 2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethylcyclo butan, 1,4-Bis-(hydroxyimethyl)-cydohexan, Bis-(4-hydroxycyclo hexyl)-methan, 2,2-Bis(4-hydroxycyclohexyl)-propan, 2,4-Bis-(4- hydroxycyclohexyl)-2-methylpentan, Furfuryl- und Tetrahydrofur furylalkohol, Bis-(hydroxymethyl-)norbornan, Bis-(hydroxymethyl) tricyclodecan;
- 2.3 Niedermolekulare araliphatische Alkohole wie Benzylalkohol, Phenyiethylalkohol, 2-Phenylpropanoloder 4,4′-Bis-(2-hydroxyl ethyl-)diphenylmethan.
- 2.1 Acyclic aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, allyl alcohol, isomeric butanols, pentanols, hexanols or heptanols, octanols, 2-ethylhexanol, fatty alcohols having 10-20 carbon atoms, ethanediol-1,2 and 1,3-propanediol, 1,2-, 1,3- and 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, 1,6- and 2,5-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-methyl-2 propyl-1,3-propanediol, 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, trimethyl-1 , 6-hexanediol, 1,10-decanediol, 1,12-dodecanediol, 2-methyl-1,4-butanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, glycerol, butanetriol, 2-hydroxymethyl-2-methyl-1 , 3-propanediol, 1,2,6-hexanetriol, trimethylolethane, trimethylolpropane, pentaerythritol, ethylene glycol nionoalkyl or aryl ether, propylene glycol monoalkyl ether, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol;
- 2.2 Cyclic, aliphatic alcohols, such as cyclopentanol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, trimethylcyclohexanol, 1-tert-butylcyclohexanol, menthol, borneol and isoborneol, 2-hydroxydecalin, 1,2-, 1,3- and 1,4-cyclohexanediol, 2, 4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethylcyclobutane, 1,4-bis (hydroxy-methyl) -hydroxane, bis (4-hydroxycyclohexyl) -methane, 2,2-bis (4-hydroxycyclohexyl) -propane , 2,4-bis (4-hydroxycyclohexyl) -2-methylpentane, furfuryl- and tetrahydrofur furyl alcohol, bis (hydroxymethyl) norbornane, bis (hydroxymethyl) tricyclodecane;
- 2.3 Low molecular weight araliphatic alcohols such as benzyl alcohol, phenylethyl alcohol, 2-phenylpropanol or 4,4'-bis (2-hydroxyl ethyl) diphenylmethane.
-
3. Höhermolekulare ein- oder mehrere Hydroxylgruppen aufweisende Poly-
(thio-)ether, Polyester, Polylactone, Polyacrylate, Polyacetale oder Poly
carbonate der in der Polyurethanchemie an sich bekannten Art des Mole
kulargewichtsbereiches 250-5000.
- 3.1 Poly-(thio-)etherpolyole:
Die erfindungsgemäß in Frage kommenden eine oder mehrere Hydroxylgruppen aufweisenden Polyether sind solche der an sich bekannten Art und werden z. B. durch Polymerisation von Epoxiden wie Ethylen-, Propylen-, Butylenoxid, Tetrahydrofuran oder Styrol oxid mit sich selbst, z. B. in Gegenwart von BF3, oder durch Anlagerung dieser Epoxide, gegebenenfalls im Gemisch oder nach einander, an Starterkomponenten mit reaktionsfähigen Wasserstoff atomen, wie z. B. Wasser oder die unter 1. und 2. genannten Alko hole hergestellt.
Bei den Polythioethern seien insbesondere die Kondensations produkte von Thiodiglykol mit sich selbst und/oder anderen Glykolen, Dicarbonsäuren oder Formaldehyd ausgeführt. Je nach den Co-Komponenten handelt es sich dabei um Polythiomischether oder Polythioetherpolyacetole; - 3.2 Polyacetale:
Als Polyacetale kommen z. B. die aus Glykolen, wie Diethylen glykol, Triethylenglykol, Hexandiol und Formaldehyd herstellbaren Verbindungen in Frage. Durch Polymerisation cyclischer Acetale lassen sich erfindungsgemäß geeignete Polyacetale herstellen; - 3.3 Polyester/Polylactone:
Die in Frage kommenden ein oder mehrere freie Hydroxylgruppen tragenden Polyester sind an sich bekannt und entstehen durch Um setzung z. B. der unter 1. und 2. genannten mehrwertigen Alkoholen mit vorzugsweise zwei- gegebenenfalls mehrwertigen Carbonsäuren wie z. B. Adipinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Maleinsäure, Hexahydrophthalsäure, den entsprechenden Anhydriden und/oder dimeren oder trimeren Ölsäuren.
Die in der Polyurethanchemie an sich bekannten OH-funktionellen Polylactone entstehen z. B. durch Anlagerung der unter 1. und 2. genannten mehrwertigen Alkohole an ε-Caprolactons. Auch niedermolekulare Ringöffnungsprodukte, wie sie z. B. durch Umsetzung von ε-Caprolacton mit den unter 1. und 2. genannten Alkoholen z. B. im Molverhältnis 1 : 1 entstehen, sind geeignet. - 3.4 Polycarbonate:
Die an sich bekannten Polycarbonate für die erfindungsgemäße Verwendung entstehen beispielsweise durch Umsetzung der unter 1. und 2. genannten mehrwertigen Alkohole mit Diarylcarbonaten oder Phosgen; - 3.5 Polyacrylate:
Die für eine erfindungsgemäße Verwendung in Frage kommenden Polyacrylatpolyole sind in Lacklösungsmitteln an sich bekannter Art lösliche Copolymerisate von Hydroxylgruppen aufweisenden Mono meren mit anderen olefinisch ungesättigten Monomeren, wie z. B. Butylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol, Acrylsäure, Acrylnitril und/oder Methacrylnitril. Geeignete Hydroxylgruppen aufweisende Monomere sind insbesondere 2-Hydroxyethyl(meth)-acrylat und das durch Anlagerung von Propylenoxid an Acrylsäure bzw. Methacryl säure erhältliche Hydroxypropyl(meth)acrylat-Isomerengemisch. Der Hydroxylgruppengehalt der in Betracht kommenden Polyacrylat polyole liegt im allgemeinen zwischen 0,5 und 6 Gew.-% (bezogen auf Festharz).
Auch fluorhaltige Polyole, wie sie in EP 0 566 037, S.6, be schrieben sind, können als Reaktionspartner für die erfindungsge mäßen Polyallophanatpolyisocyanate eingesetzt werden.
Im Falle des Vorliegens ungesättigter Kohlenstoffbindungen im fertigen OH-Polyacrylat können diese z. B. nach Durchführung der erfindungsgemäßen Verwendung durch radikalische, thermische oder photochemische induzierte Polymerisation zur Weiterreaktion aus genutzt werden.
- 3.1 Poly (thio) ether polyols:
The present invention in question one or more hydroxyl-containing polyethers are those of the known type and z. B. by polymerization of epoxides such as ethylene, propylene, butylene oxide, tetrahydrofuran or styrene oxide with itself, z. B. in the presence of BF3, or by addition of these epoxides, optionally in admixture or in succession, to starter components with reactive hydrogen atoms, such as. For example, water or the mentioned under 1. and 2. Alko hole.
In the polythioethers in particular the condensation products of thiodiglycol with itself and / or other glycols, dicarboxylic acids or formaldehyde are executed. Depending on the co-components, these are polythiomic ether or polythioether polyacetoles; - 3.2 polyacetals:
As polyacetals come z. As the glycolic, such as diethylene glycol, triethylene glycol, hexanediol and formaldehyde produced compounds in question. By polymerization of cyclic acetals can be prepared according to the invention suitable polyacetals; - 3.3 Polyesters / Polylactones:
The eligible one or more free hydroxyl-bearing polyesters are known per se and are caused by order z. As the mentioned under 1. and 2. polyhydric alcohols with preferably two-optionally polybasic carboxylic acids such. As adipic acid, phthalic acid, isophthalic acid, maleic acid, hexahydrophthalic acid, the corresponding anhydrides and / or dimeric or trimeric oleic acids.
The well-known in polyurethane chemistry OH-functional polylactones arise z. B. by addition of the mentioned under 1. and 2. polyhydric alcohols to ε-caprolactone. Also low molecular weight ring-opening products, as z. B. by reaction of ε-caprolactone with the mentioned under 1. and 2. Alcohols z. B. in the molar ratio 1: 1, are suitable. - 3.4 polycarbonates:
The polycarbonates known per se for the use according to the invention are produced, for example, by reacting the polyhydric alcohols mentioned under 1. and 2. with diaryl carbonates or phosgene; - 3.5 polyacrylates:
The polyacrylate polyols which are suitable for use in accordance with the invention are soluble copolymers of hydroxyl-containing monomers with other olefinically unsaturated monomers, such as, for example, in paint solvents. As butyl acrylate, methyl methacrylate, styrene, acrylic acid, acrylonitrile and / or methacrylonitrile. Suitable hydroxyl-containing monomers are, in particular, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and the hydroxypropyl (meth) acrylate isomer mixture obtainable by addition of propylene oxide onto acrylic acid or methacrylic acid. The hydroxyl group content of the suitable polyacrylate polyols is generally between 0.5 and 6 wt .-% (based on solid resin).
Fluorine-containing polyols, as described in EP 0 566 037, p. 6, be written, can be used as reactants for the erfindungsge MAESSEN polyallophanate polyisocyanates.
In the case of the presence of unsaturated carbon bonds in the finished OH-polyacrylate, these z. B. after carrying out the use according to the invention by free-radical, thermal or photochemical induced polymerization for further reaction can be used.
- 3.1 Poly-(thio-)etherpolyole:
Selbstverständlich können auch Mischungen der vorstehend genannten Hydroxyl verbindungen eingesetzt werden, um z. B. gezielt bestimmte mittlere NCO-Funktio nalitäten bzw. Eigenschaften des (Poly-)Allophanatpolyisocyanats einzustellen.Of course, mixtures of the abovementioned hydroxyl compounds are used to z. B. targeted certain mean NCO Funktio properties of the (poly) allophanate polyisocyanate.
Erfindungswesentlich ist die Mitverwendung basischer Katalysatoren, um aus den beschriebenen durch Umsetzung von 1,3-cycloaliphatischen Diisocyanaten R₁(NCO)₂ mit Hydroxidgruppen tragenden Verbindungen A(OH)x erhaltenen acyclischen Urethanen (I) bzw. den cyclischen Allophanaten (II) höherfunktionelle allophanatgruppenhaltige Polyisocyanatgemische herzustellen.Essential to the invention is the concomitant use of basic catalysts to from the described by reaction of 1,3-cycloaliphatic diisocyanates R₁ (NCO) ₂ with hydroxide-carrying compounds A (OH) x obtained acyclic urethanes (I) or the cyclic allophanates (II) higher functional allophanatgruppenhaltige Produce polyisocyanate.
Diese basischen Katalysatoren werden in Mengen von 5 × 10-5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Reaktionspartner, eingesetzt. Geeignete Kata lysatoren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Allophanatpolyisocyanate auf der Basis von 1,3-cycloaliphatischen Diisocyanaten sind praktisch alle dem Stand der Technik entsprechenden - überwiegend basischen - Trimerisierungs- bzw. Dimeri sierungskatalysatoren.These basic catalysts are used in amounts of 5 × 10 -5 to 10 wt .-%, based on the total weight of the reactants. Suitable Kata catalysts for the preparation of allophanate polyisocyanates according to the invention based on 1,3-cycloaliphatic diisocyanates are virtually all the prior art - predominantly basic - trimerization or Dimeri sierungskatalysatoren.
Beispiele geeignete Katalysatoren sind Alkaliphenolate (GB-A 1 391 066 oder A 1 386 399), Alkalialkoholate, Aziridinderivate in Kombination mit tertiären Aminen (US-A 3 919 218), quarternäre Ammoniumphenolate (US-A 4 335 219), aminosubstituierte Pyridine (DE-A 37 39 549), organische Phosphine (US-A 3 248 372, EP-A 45 995, EP-A 377 177), Kombinationen aus Alkylenoxid und 4,4′-Diazabicyclooctan (DABCO) gemäß US-A 3 211 703 und DE-A 2 44 684, quarternäre Ammonium- und Alkalicarboxylate (US-A 4 454 317, DE-A 32 19 608), basische Alkalimetallsalze komplexiert mit acyclischen organischen Verbindungen (US-A 4 379 905), basische, mit Kronenethern komplexierte Alkali metallsalze (US-A 4 487 928) sowie insbesondere bei höheren Temperaturen tert.- Amine (z. B. GB-A 222 161) und Alkohole mit tert.-Amingruppen, gegebenenfalls unter Mitwirkung weiterer stickstofffreier Hydroxyverbindungen (GB-A 2 221 465).Examples of suitable catalysts are alkali phenolates (GB-A 1 391 066 or A 1 386 399), alkali metal alkoxides, aziridine derivatives in combination with tertiary Amines (US Pat. No. 3,919,218), quaternary ammonium phenates (US Pat. No. 4,335,219), amino-substituted pyridines (DE-A 37 39 549), organic phosphines (US-A 3 248 372, EP-A 45 995, EP-A 377 177), combinations of alkylene oxide and 4,4'-diazabicyclooctane (DABCO) according to US-A 3 211 703 and DE-A 2 44 684, quaternary ammonium and alkali metal carboxylates (US Pat. No. 4,454,317, DE-A 32 19 608), basic alkali metal salts complexed with acyclic organic Compounds (US Pat. No. 4,379,905), basic alkali complexed with crown ethers metal salts (US Pat. No. 4,487,928) and in particular at higher temperatures tert. Amines (eg GB-A 222 161) and alcohols with tertiary amine groups, if appropriate with the participation of further nitrogen-free hydroxy compounds (GB-A 2 221 465).
Bevorzugte Katalysatoren sind quarternäre Ammoniumsalze A) der Formel (VI)Preferred catalysts are quaternary ammonium salts A) of the formula (VI)
wobei
R¹ für einen Alkylrest mit 1-20, vorzugsweise 2-12 Kohlenstoffatomen,
einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 7-10 Kohlenstoffatomen
oder einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4-10 C-Atomen
steht, von denen jeder mit Hydroxy- und/oder Hydroxyalkylgruppen mit 1-
4 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann,
R², R³, R⁴ für gleiche oder verschiedene Reste stehen und gegebenenfalls
hydroxylsubstituierte Alkylreste mit 1-20, vorzugsweise 1-4 Kohlen
stoffatomen bedeuten, wobei zwei der genannten Reste, R², R³ oder R⁴
auch zusammen mit dem Stickstoffatom, gegebenenfalls zusammen mit
einem Sauerstoff- oder einen weiteren Stickstoff-Heteroatom einen hetero
cyclischen Ring mit 3-5 Kohlenstoffatomen bilden können, wobei die
Reste R², R³ und R⁴ jeweils für Ethylenreste stehen, die zusammen mit
dem quarternären Stickstoffatom und einem weiteren tertiären Stickstoff
atom ein bicyclisches Triethylendiamingerüst (DABCO) bilden können, und
wobei X für Hydroxid-OH oder Fluorid F steht.
in which
R¹ is an alkyl radical having 1-20, preferably 2-12 carbon atoms, an araliphatic hydrocarbon radical having 7-10 carbon atoms or a cycloaliphatic hydrocarbon radical having 4-10 C atoms, each containing hydroxy and / or hydroxyalkyl groups having 1-4 Carbon atoms can be substituted,
R², R³, R⁴ are identical or different radicals and optionally hydroxyl-substituted alkyl radicals having 1-20, preferably 1-4 carbon atoms, where two of said radicals, R², R³ or R⁴ also together with the nitrogen atom, optionally together with an oxygen or a further nitrogen heteroatom can form a heterocyclic ring having 3-5 carbon atoms, the radicals R², R³ and R⁴ in each case being ethylene radicals which, together with the quaternary nitrogen atom and another tertiary nitrogen atom, form a bicyclic triethylenediamine skeleton (DABCO) and wherein X is hydroxide-OH or fluoride F.
Die einzusetzenden quarternärem Ammoniumhydroxide (X=OH) sind beispiels weise in den EP-A 10 589, EP-A 0 047 452, EP-A 0 330 966, DE-A 28 06 731 und DE-A 29 01 479 beschrieben.The used quaternary ammonium hydroxides (X = OH) are, for example in EP-A 10 589, EP-A 0 047 452, EP-A 0 330 966, DE-A 28 06 731 and DE-A 29 01 479.
Beispiele geeigneter quarternärer Ammoniumhydroxide sind Tetramethyl, Tetraethyl, Trimethylstearyl- und Dimethylethylcydohexyl-ammoniumhydroxid, N,N,N-Tnmethyl-N-(2-hydroxyethyl)-ammoniumhydroxid, N,N,N,-Trimethyl-N-(2- hydroxypropyl)-ammoniumhydroxid, N,N,N-Tn.methyl-(2-hydroxybutyl)-ammo niumhydroxid, N,N-Dimethyl-n-dodecyl-N-(2-hydroxyethyl)-ammoniumhydroxid, N-(2-Hydroxy-ethyl)-N,N-dimethyl-N-(2,2-dihydroxymethylbutyl)-ammoni-um hydroxid, N-Methyl-2-hydroxyethyl-morpholiniumhydroxid, N-Methyl-N-(2- hydroxypropyl-)pyrrolidiniumhydroxid, N-Dodecyl-tris-N-(2-hydroxy-ethyl-)ammo niumhydroxid, Tetra-(2-hydroxyethyl)-ammoniumhydroxid und N,N,N-Trimethyl- N-benzyl-ammoniumhydroxid.Examples of suitable quaternary ammonium hydroxides are tetramethyl, Tetraethyl, trimethylstearyl and dimethylethylcyclohexylammonium hydroxide, N, N, N-methyl-N- (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, N, N, N, -trimethyl-N- (2- hydroxypropyl) ammonium hydroxide, N, N, N-Tn.methyl- (2-hydroxybutyl) -ammo ammonium hydroxide, N, N-dimethyl-n-dodecyl-N- (2-hydroxyethyl) -ammonium hydroxide, N- (2-hydroxy-ethyl) -N, N-dimethyl-N- (2,2-dihydroxymethylbutyl) -ammoni-um hydroxide, N-methyl-2-hydroxyethyl morpholinium hydroxide, N-methyl-N- (2- hydroxypropyl) pyrrolidinium hydroxide, N-dodecyltris-N- (2-hydroxyethyl) ammo ammonium hydroxide, tetra (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide and N, N, N-trimethyl N-benzyl-ammonium hydroxide.
Die einzusetzenden quarternären Ammoniumfluoridkatalysatoren (X=F) sind beispielsweise in der EP-A 0 339 396 beschrieben. Grundsätzlich können alle vorher beispielhaft aufgeführten quarternären Ammoniumhydroxide in ihrer F-Form bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Allophanatpolyisocyanate verwendet werden.The quaternary ammonium fluoride catalysts (X =F) to be used are, for example in EP-A 0 339 396. Basically, everyone can do it before exemplified quaternary ammonium hydroxides in their F-form at used in the preparation of allophanate polyisocyanates according to the invention become.
Beispiele sind:
N,N,N,-Tetramethylammoniumfluorid, N,N,N,-Tetra-n-butylammoniumfluorid,
N,N,N,-Trimethyl-N-benzylammoniumfluorid, N,N,N,-Tnalkyl(C₈-C₁₀)-N-methyl
benzylammoniumfluorid und N,N,N-Benzyldodecyl-dimethylammoniumfluorid.Examples are:
N, N, N, -tetramethylammonium fluoride, N, N, N, -tetra-n-butylammonium fluoride, N, N, N, -trimethyl-N-benzylammonium fluoride, N, N, N, -Tnalkyl (C₈-C₁₀) -N -methyl benzylammonium fluoride and N, N, N-benzyldodecyl-dimethylammonium fluoride.
Beliebige Gemische der beispielhaft aufgeführten Katalysatoren können selbst verständlich ebenfalls verwendet werden. Die verwendeten aufgeführten Ammo nium-Salze (X=OH, F) sind thermolabil, so daß bei Überschreiten einer be stimmten Grenztemperatur eine selbständige Desaktivierung des Reaktions gemisches erfolgt. Dieser Umstand kann z. B. dann ausgenutzt werden, die Reaktion gezielt bis zu einem gewünschten Umsetzungsgrad durchzuführen und thermisch zu beenden. Weiterhin können durch die thermische Desaktivierbarkeit dieser Katalysatorart unerwünschte Restaktivitäten in Zwischen- und End produkten, sowie mögliche Trübungen bei Verwendung eines chemischen Ab stoppers vermieden werden. Any mixtures of the catalysts exemplified can themselves understandably also be used. The used Ammo listed nium salts (X = OH, F) are thermolabile, so that when a be exceeded agreed limit temperature independent deactivation of the reaction mixed done. This circumstance can z. B. then be exploited, the Reaction targeted to carry out to a desired degree of conversion and to end thermally. Furthermore, by the thermal deactivability This type of catalyst undesirable residual activities in intermediate and end products, as well as possible turbidity when using a chemical Ab stoppers are avoided.
Die quarternären Ammoniumkatalysatoren werden bei der Herstellung der erfin dungsgemäßen (Poly-)Allophanatpolyisocyanate in Mengen von 1 × 10-5 bis 3, vorzugsweise von 5 × 10-5 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte 1,3- Diisocyanat, eingesetzt.The quaternary ammonium catalysts are used in the preparation of the inventions to the invention (poly) allophanate polyisocyanates in amounts of 1 × 10 -5 to 3, preferably from 5 × 10 -5 to 1 wt .-%, based on the 1,3-diisocyanate, used.
Die quarternären Ammoniumsalze (X = OH, F) können prinzipiell in Substanz, vorzugsweise jedoch in gelöster Form als Katalysatoren verwendet werden. Als gegenüber Isocyanatgruppen inerte Lösungsmittel eignen sich beispielsweise Aceton, Toluol, Dimethylformamid, Essigsäureethyl- oder -butylester oder auch Mischungen davon, die in Mengen von max. 5 Gew.-%, bezogen auf das Reaktionsgemisch, eingesetzt werden. Diese Lösemittel können im Endprodukt verbleiben oder bei Verfahren mit destillativer Abtrennung des überschüssigen monomeren Diisocyanats gemeinsam mit diesem aus dem fertigen Reaktions gemisch entfernt werden.The quaternary ammonium salts (X = OH, F) can in principle, in substance, but preferably used in dissolved form as catalysts. When For example, inert isocyanate-inert solvents are suitable Acetone, toluene, dimethylformamide, ethyl acetate or butyl ester or also Mixtures thereof, in quantities of max. 5 wt .-%, based on the Reaction mixture used. These solvents may be present in the final product remain or in processes with distillative separation of the excess monomeric diisocyanate together with this from the finished reaction be removed.
Bevorzugt eingesetzt zur Verdünnung des Katalysators werden jedoch Lösungs mittel mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen ("Reaktivver dünner"), die in abreagierter Form als Urethan- bzw. Allophanatderivate im End produkt verbleiben.However, preferably used for dilution of the catalyst are solutions agent with isocyanate-reactive hydrogen atoms ("Reaktivver thinner "), which in reacted form as urethane or allophanate derivatives in the end product remain.
Zur Verdünnen der Katalysatoren eignen sich die vorstehend aufgeführten, in flüssiger oder gelöster Form handhabbaren Hydroxidgruppen tragenden orga nischen Verbindungen A(OH)x.For diluting the catalysts, the above-listed, in liquid or dissolved form handlable bearing organic hydroxyl compounds A (OH) x are suitable.
Bevorzugt zum Einsatz gelangen niedermolekulare mono- und höherfunktionelle Alkohole wie z. B. Methanol, Ethanol, die isomeren Propanole, Butanole, Hexa nole, n-Decanol, Cyclohexanol und Benzylalkohol, Glykole, die isomeren Butan diole, Pentan- und Hexandiole, C₄-C₆-Triole sowie ihre bekannten alkylsub stituierten Derivate.Preferably used are low molecular mono- and higher functional Alcohols such. As methanol, ethanol, the isomeric propanols, butanols, hexa nole, n-decanol, cyclohexanol and benzyl alcohol, glycols, the isomeric butane diols, pentane and hexane diols, C₄-C₆ triols and their known alkyl sub substituted derivatives.
Bevorzugte Beispiele sind Methanol, Isopropanol, n-Butanol, Ethylhexanol, Cyclohexandimethanol, Diethylenglykol, Butandiol-1,3, Trimethyl-pentandiol, Gly cerin, 2-Ethylhexandiol-1,3, Neopentylglykol, Trimethylolpropan.Preferred examples are methanol, isopropanol, n-butanol, ethylhexanol, Cyclohexanedimethanol, diethylene glycol, 1,3-butanediol, trimethylpentanediol, Gly cerin, 2-ethylhexanediol-1,3, neopentyl glycol, trimethylolpropane.
Weitere bevorzugte zur Anwendung gelangende Katalysatoren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Allophanatpolyisocyanate sind tertiäre Amine B1), die in Kombination mit den genannten Alkoholen A(OH)x eingesetzt werden. Tragen diese tert.-Amine zusätzlich gegenüber Isocyanatgruppen reaktive hydroxyl funktionelle Reste (Katalysatoren B2), dann kann auf die Mitverwendung anderer - unter der allgemeinen Form A(OH)x beschriebener Alkohole - zur erfindungs wesentlichen Urethanisierung der Diisocyanatkomponenten verzichtet werden.Further preferred catalysts used to prepare the allophanate polyisocyanates according to the invention are tertiary amines B1) which are used in combination with the stated alcohols A (OH) x . Carry these tertiary amines in addition to isocyanate-reactive hydroxyl functional groups (catalysts B2), then the concomitant use of other - under the general form A (OH) x described alcohols - essential for the invention urethanization of the diisocyanate.
Die in dem hydroxyfunktionellen tert.-Amin B2) vorhandenen OH-Gruppen müssen ausreichen, um eine zur Bildung höherfunktioneller Allophanate auf der Basis von cycloaliphatischen 1,3-Diisocyanaten ausreichende Anzahl Urethangrup pen der vorher beschriebenen allgemeinen Formeln (I) und (II) zu bilden.The OH groups present in the hydroxy-functional tertiary amine B2) must be sufficient to produce a higher functional allophanate on the Basis of cycloaliphatic 1,3-diisocyanates sufficient number Urethangrup to form the previously described general formulas (I) and (II).
Selbstverständlich ist es auch möglich, diese OH-funktionellen tert.-Amine wie be schrieben in Kombination mit den beschriebenen Alkoholkomponenten A(OH)x einzusetzen.Of course, it is also possible to use these OH-functional tertiary amines as described in combination with the described alcohol components A (OH) x .
Die tert.-Amine bzw. tert.-Aminoalkohole können in Substanz zu dem beschrie benen urethangruppenhaltigen Polyisocyanatgemisch (I, II) oder - wie oben beim Einsatz von quarternären Ammoniumsalz-Katalysatoren beschrieben - in ver dünnter Form, bevorzugt in Alkoholen, eingesetzt werden. Beim Einsatz der tert.- Amine in verdünnter alkoholischer Lösung kann auf die Vorurethanisierung der Diisocyanatkomponenten verzichtet werden.The tertiary amines or tert-amino alcohols can be described in substance to the urethane group-containing polyisocyanate mixture (I, II) or - as in the above Use of quaternary ammonium salt catalysts described in ver thin form, preferably in alcohols. When using the tert.- Amines in dilute alcoholic solution may be due to the prehannanization of Diisocyanate components are dispensed with.
Beispiele für organische tertiäre Amine B1), die in der vorliegenden Erfindung in Kombination mit Alkoholen der allgemeinen Form A(OH)x eingesetzt werden sind Trimethylamin, Triethylamin, Tributylamin, N-Methyl-morpholin, N-Ethylmorpho lin, N-Methyl-N′-dimethylaminoethyl-piperazin, N,N-Dimethylbenzylamin, N,N- Dimethylcyclohexylamin, N,N,N′,N′-Tetramethyl-1,3-butandiamin, N,N-Dimethyl β-phenylethyl-amin, 1,2-Dimethylimidazol, 2-Methylimidazol, 3-Azabicyclo[3.2.2] nonan, 1,4-Diazabicyclo-[2.2.2]octan (DABCO), 1-Azabicyclo[2.2.2]octan (Chi nuclidin). 1,8-Diazabicyclo[5,4,9]undec-7-en(DBU und die entsprechenden C₁-C₄- alkyl-substituierten Homologen, wie z. B. 2-Methyl-triethylendiamin (Methyl- DABCO), 2,3-Dimethyl-triethylendiamin.Examples of organic tertiary amines B1) which are used in the present invention in combination with alcohols of the general form A (OH) x are trimethylamine, triethylamine, tributylamine, N-methylmorpholine, N-ethylmorpholine, N-methyl-N '-Dimethylaminoethyl-piperazine, N, N-dimethylbenzylamine, N, N-dimethylcyclohexylamine, N, N, N', N'-tetramethyl-1,3-butanediamine, N, N-dimethyl-β-phenylethyl-amine, 1,2 Dimethyl imidazole, 2-methylimidazole, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO), 1-azabicyclo [2.2.2] octane (chir nuclidine). 1,8-diazabicyclo [5,4,9] undec-7-ene (DBU and the corresponding C₁-C₄ alkyl-substituted homologs, such as 2-methyl-triethylenediamine (methyl-DABCO), 2,3 dimethyl-triethylenediamine.
Der Gehalt an eingesetztem tert.-Katalysatoramin liegt zwischen 0,00005- 10 Gew.-%, bezogen auf die vorgelegte Diisocyanatkomponente. Gelangt das tert.- Katalysatoramin in Form einer alkoholischen Lösung zu der Diisocyanatkom ponenten liegt die Konzentration bei max. 50 Gew.-%. The content of tert-catalyst amine used is between 0.00005- 10 wt .-%, based on the diisocyanate component presented. If the tert.- Catalyst amine in the form of an alcoholic solution to the Diisocyanatkom components, the concentration is max. 50% by weight.
Beispiele für hydroxyfunktionelle tert.-Amine B2), die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Allophanatpolyisocyanatgemische, gegebenenfalls in Kom bination mit stickstofffreien Alkoholen der allgemeinen Form A(OH)x eingesetzt werden können sind N,N-Dimethylethanolamin, N,N-Diethylethanolamin, N,N,N- Trimethylaminoethyl-ethanolamin, N,N′-Dimethyl-N,N′-bis(hydroxyethyl)ethylendi amin, N-Hydroxyethyl-N,N,N′-tetramethyl-diethylen-triamin, N,N,N′-Tetramethyl amino-2-propanol, Triethanolamin, N-Methyl-diethanolamin, 1-(2-Hydroxyethyl)- pyrrolidin, 1-Methyl-2-pyrrolidin-ethanol, N-Piperidin-ethanol, 4-(2-Hydroxyethyl)- morpholin, N-Ethyldiethanolamin, N.Isopropyldiethanolamin, 1-[N,N-Bis(2-hy droxy-ethyl)amino]-2-propanol, 1,4-Piperazin-diethanol. Triisopropanolamin, 3-(β- Hydroxyethyl)-oxazolidin. Geeignet sind auch die Umsetzungsprodukte dieser hydroxyfunktionellen tert.-Amine mit Alkylenoxiden, wie z. B. Ethylen- und/oder Propylenoxid oder Tetrahydrofuran.Examples of hydroxy-functional tertiary amines B2) which can be used for the preparation of the allophanate-polyisocyanate mixtures according to the invention, optionally in combination with nitrogen-free alcohols of the general formula A (OH) x , are N, N-dimethylethanolamine, N, N-diethylethanolamine, N , N, N-trimethylaminoethyl ethanolamine, N, N'-dimethyl-N, N'-bis (hydroxyethyl) ethylenediamine, N-hydroxyethyl-N, N, N'-tetramethyldiethylenetriamine, N, N, N '-Tetramethylamino-2-propanol, triethanolamine, N-methyl-diethanolamine, 1- (2-hydroxyethyl) -pyrrolidine, 1-methyl-2-pyrrolidine-ethanol, N-piperidineethanol, 4- (2-hydroxyethyl) - morpholine, N-ethyldiethanolamine, N.Isopropyldiethanolamin, 1- [N, N-bis (2-hydroxy-hydroxy) -ethyl] -2-propanol, 1,4-piperazine-diethanol. Triisopropanolamine, 3- (β-hydroxyethyl) oxazolidine. Also suitable are the reaction products of these hydroxy-functional tertiary amines with alkylene oxides, such as. For example, ethylene and / or propylene oxide or tetrahydrofuran.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen (Poly-)Allophanatpolyisocyanate durch Katalyse mit tert.-Aminen in Gegenwart von urethanbildenden Hydroxygruppen kann auch gemäß den Angaben in GB-A 2 222 161 (tertiäre Amine/Alkohole) oder in GB-A 2 221 465 (tertiäre Aminoalkohole, gegebenenfalls Alkohole für die Trimerisierung organischer Diisocyanate auch bei höheren Temperaturen (100- 275°C) mit entsprechend niedrigen Reaktionszeiten durchgeführt werden.The preparation of the (poly) allophanate polyisocyanates according to the invention Catalysis with tertiary amines in the presence of urethane-forming hydroxyl groups can also be prepared according to the specifications in GB-A 2 222 161 (tertiary amines / alcohols) or in GB-A 2 221 465 (tertiary amino alcohols, optionally alcohols for the Trimerization of organic diisocyanates even at higher temperatures (100- 275 ° C) with correspondingly low reaction times.
Abweichend von den dort aufgeführten Herstellungsbedingungen wurde gefunden, daß der inhibierende und farbverschlechternde Einfluß von Luft(-Sauerstoff) auf die Isocyanatpolyadditionsreaktion bzw. auf die Qualität der Endprodukte (vgl. GB-A 2 221 465 S.5, Zeile 29, GB-A 2 222 161, S. 5, Zeile 10, 24) bei der ent sprechend durchgeführten Umsetzung von cycloaliphatischen 1,3-Diisocyanaten keine wesentliche Rolle spielt.Notwithstanding the production conditions listed there, it has been found that the inhibiting and color-deteriorating influence of air (oxygen) on the isocyanate polyaddition reaction or on the quality of the end products (cf. GB-A 2 221 465 p.5, line 29, GB-A 2 222 161, p. 5, line 10, 24) in the ent speaking implemented implementation of cycloaliphatic 1,3-diisocyanates does not play a significant role.
Es wurde dagegen bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Allophanatpolyiso cyanate mit Aminkatalyse in Gegenwart von Urethangruppen beobachtet, daß unter dem Einfluß von Luft eine deutliche Beschleunigung der gewünschten Poly additionsreaktion stattfinden kann, ohne daß eine wesentliche Verschlechterung der Farbqualität der Endprodukte auftritt. Beginnt man z. B. die aminkatalysierte Allo phanatisierung der gegebenenfalls vorurethanisierten cycloaliphatischen 1,3-Diiso cyanate in einem luftgesättigten Reaktionsgefäß, so springt die Reaktion unter Freisetzung von Wärme und schwacher Farbgebung (Hazenfarbzahl < 150, nach DIN 53 409) an und verläuft kontrolliert bis zum gewünschten Umsetzungsgrad. On the other hand, it has been used in the preparation of the allophanate polyiso according to the invention cyanates with amine catalysis in the presence of urethane groups observed that the influence of air a significant acceleration of the desired poly take place without a significant deterioration of the Color quality of the final products occurs. If you start z. B. the amine catalyzed Allo phanation of the optionally pre-urethanized cycloaliphatic 1,3-diiso cyanate in an air-saturated reaction vessel, the reaction jumps under Release of heat and weak coloring (Hazen color number <150, after DIN 53 409) and runs controlled to the desired degree of conversion.
Nach Einsetzen der Reaktion kann das Reaktionsgefäß unter einem Inertgasstrom (z. B. N₂-Atmosphäre) gesetzt werden, ohne daß es zu einer signifikanten Verlang samung der Reaktion kommt. Werden die Reaktanden dagegen in einem sorgfältig von Luft befreiten Reaktionsgefäß zusammengebracht, so springt die Reaktion nur äußerst schleppend an.After the onset of the reaction, the reaction vessel may be under an inert gas stream (For example, N₂-atmosphere) are set, without causing significant Verlang The reaction comes. The reactants, however, in a carefully brought together from air reaction vessel, so the reaction only jumps extremely sluggish.
Eine mögliche Verfahrensvariante, die hinsichtlich der Reaktionsführung und der Produkteigenschaften Vorteile bieten kann - wie z. B. Minimierung der zur Durch führung der Reaktion benötigten Katalysatormenge, besteht darin, einen kleinen Teil der Reaktionspartner mit dem Aminkatalysator vorab in Gegenwart von Luft umzusetzen, und dann den Rest eines oder mehrerer Reaktionspartner unter Inert gasatmosphäre (z. B. N₂-Strom) dazuzugeben und die Reaktion zu vervollständigen.A possible variant of the method, with regard to the reaction and the Product features can offer advantages - such as. B. minimization of through tion required amount of catalyst, is a small Part of the reactants with the amine catalyst in advance in the presence of air and then the remainder of one or more reactants under inert gas atmosphere (eg N₂ stream) and to complete the reaction.
Eine weitere Klasse bevorzugt eingesetzter Katalysatoren für die Herstellung der erfindungsgemäßen (Poly-)allophanatpolyisocyanate in Gegenwart von Urethan gruppen sind Aminosilylverbindungen C) (EP-A 57 653, EP-A 89 297, EP-A 187 105, EP-A 197 864).Another class of preferred catalysts used for the production of (Poly) allophanate polyisocyanates according to the invention in the presence of urethane groups are aminosilyl compounds C) (EP-A 57 653, EP-A 89 297, EP-A 187 105, EP-A 197 864).
Dem Stand der Technik entsprechend sind diese Aminosilylkatalysatoren zur Tri merisierung (cyclo-)aliphatischer Diisocyanate geeignet. Ihr Verhalten in Gegen wart (cyclo-)aliphatischer 1,3-Diisocyanate ist nicht beschrieben.According to the state of the art, these aminosilyl catalysts are tri merization of (cyclo) aliphatic diisocyanates suitable. Your behavior in counter Wart (cyclo) aliphatic 1,3-diisocyanates is not described.
Beispiele für die Verwendung silylierter Aminoverbindungen für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyisocyanatallophanate sind in der EP-A 0 057 653 auf geführt: Mono- und Diaminosilane, silylierte Harnstoffe und Disilazane: S.8, Zeile 35 - S.9, Zeile 25. Die Mengen an den aufgeführten silylierten Aminover bindungen, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyisocyanatallophanate benötigt werden, bewegen sich zwischen 1 × 10-5 und 12 Gew.-%, bevorzugt 5 × 10-5 und 10 Gew.-%. Die Temperatur der Umsetzung liegt im Bereich zwischen 20 und 160°C, bevorzugt zwischen 30 und 130°C. Zum Desaktivieren der Reaktion bei einem gewünschten Umsetzungsgrad wird neben den bereits erwähnten überwiegend sauren Komponenten auch Wasser, wie z. B. in der EP-A 0 197 864 beschrieben, eingesetzt.Examples of the use of silylated amino compounds for the preparation of polyisocyanatallophanates according to the invention are listed in EP-A 0 057 653: mono- and diaminosilanes, silylated ureas and disilazanes: p. 8, line 35 - p. 9, line 25. The amounts to the listed silylierten Aminover compounds, which are needed for the production of Polyisocyanatallophanate invention, move between 1 × 10 -5 and 12 wt .-%, preferably 5 × 10 -5 and 10 wt .-%. The temperature of the reaction is in the range between 20 and 160 ° C, preferably between 30 and 130 ° C. To deactivate the reaction at a desired degree of conversion in addition to the already mentioned predominantly acidic components and water such. As described in EP-A 0 197 864 used.
Für den Fall, daß die erwähnten Aminosilylkatalysatoren zusätzlich gegenüber Iso cyanatgruppen reaktive N-H-Bindungen aufweisen, muß damit gerechnet werden, daß bei der erfindungsgemäßen Allophanatisierung der 1,3-Diisocyanate auch Harnstoffaddukte, und ihre Folgeprodukte wie z. B. Polyurete gebildet werden.In the event that the mentioned Aminosilylkatalysatoren addition to iso have cyanate reactive N-H bonds, it must be expected, that in the inventive allophanatization of the 1,3-diisocyanates also Urea adducts, and their derivatives such. B. Polyuretes are formed.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyallophanatpolyisocyanatgemische kann nach einem 2. Verfahren auch mit Hilfe von chemisch in eine feste, schwerlösliche Polymermatrix eingebauter Katalysatoren erfolgen (Festbettkatalysatoren D)). Die polymere Trägersubstanz kann dabei anorganischer (z. B. Zeolithe, Kieselgele) als auch organischer Natur sein, und die katalytisch aktiven Katalysatoreinheiten durch ionische, bevorzugt durch kovalente chemische Bindung fixiert enthalten.The preparation of the Polyallophanatpolyisocyanatgemische invention can according to a 2nd method also with the help of chemically in a solid, poorly soluble Polymer matrix built catalysts (fixed bed catalysts D)). The polymeric carrier substance may be inorganic (eg zeolites, silica gels) also organic, and the catalytically active catalyst units by ionic, preferably fixed by covalent chemical bond.
Die funktionellen Katalysatorgruppen der gegenüber dem Reaktionsmedium inerten polymeren Matrix müssen den Reaktanden gut zugänglich sein, um sowohl den "Hintransport" für die chemische Umsetzung, als auch den "Rücktransport" der Reaktionsprodukte aus der Matrix zulassen.The functional catalyst groups of inert to the reaction medium polymeric matrix must be readily accessible to the reactants to both the "Transport" for the chemical conversion, as well as the "return transport" of Allow reaction products from the matrix.
Geeignet sind generell Polymermatrizen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen auf Basis von z. B. Ethylen, Propylen, Isopren, Styrol, Divinylbenzol, Acrylate und ähnliche. Polymere aus den Komponenten Styrol, Divinylbenzol und Acrylaten sind wegen ihrer thermischen und chemischen Stabilität, der leichten Funktiona lisierbarkeit und guter Quellbarkeit und somit einer guten Zugänglichkeit für umzusetzende Reaktanden besonders geeignet. Besonders bevorzugt für das erfin dungsgemäße 2. Verfahren zur basischen, heterogenen katalysierten Allophanati sierung cycloaliphatischer Alkyl-1,3-Diisocyanate sind Copolymerisate aus Sty rol/Divinylbenzol, Vinylbenzylchlorid und Acrylate, wie sie z. B. zur Herstellung von Ionenaustauscherharzen verwendet werden.Polymer matrices with carbon-carbon bonds are generally suitable based on z. As ethylene, propylene, isoprene, styrene, divinylbenzene, acrylates and similar. Polymers of the components styrene, divinylbenzene and acrylates are due to their thermal and chemical stability, the light functiona lability and good swellability and thus good accessibility for Reactants to be reacted are particularly suitable. Particularly preferred for the inventions 2. Method according to the invention for the basic, heterogeneously catalyzed allophanati Alkylation of cycloaliphatic alkyl-1,3-diisocyanates are copolymers of Sty rol / divinylbenzene, vinylbenzyl chloride and acrylates, as z. For manufacturing be used by ion exchange resins.
Diese Polymere können in Form von kleinen Kugeln, Granulaten und auch feinge pulvert eingesetzt werden. Im allgemeinen wird die Perlform wegen der leichten Abtrennbarkeit durch Filtration bevorzugt.These polymers can be in the form of small balls, granules and also fines be used powder. In general, the bead shape is because of the light Separability by filtration is preferred.
Die Zugänglichkeit des Reaktionsmediums zu den Katalysatorzentren wird unter anderem entscheidend durch die "Maschenweite" der Raum-Netz-Struktur der Polymermatrix beeinflußt, welche z. B. im Falle der Styrol/Divinylbenzol-Copoly merisate durch den Anteil des Vernetzers Divinylbenzol im Styrol vorgegeben wird. Gut quellbare Polymerisate erhält man mit 1-10% DVB-Anteil. Es ist jedoch auch möglich, sogenannte "makroporöse" Raum-Netz-Strukturen zu ver wenden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß zwar eine hohe Vernetzung vor liegt, durch eine spezielle Polymerisationstechnik unter vorübergehendem Einbau von inerten Lösemitteln dennoch mehr oder weniger große Hohlräume erzeugt werden können, an deren Wänden später die Katalysatorzentren eingebaut werden.The accessibility of the reaction medium to the catalyst centers is under Another decisive factor is the "mesh size" of the space-network structure Polymer matrix influences which z. B. in the case of styrene / divinylbenzene copoly merisate given by the proportion of the crosslinker divinylbenzene in styrene becomes. Well swellable polymers are obtained with 1-10% DVB content. It is However, also possible, so-called "macroporous" space-network structures ver apply, which are characterized in that although a high degree of crosslinking before is due to a special polymerization technique under temporary installation nevertheless generates more or less large cavities of inert solvents can be installed on the walls later on the catalyst centers.
Die Menge oder Anzahl der im Polymer eingebauten katalytischen Zentren kann in einem weiten Bereich variieren, bevorzugt wird jedoch ein Anteil 5 × 10-4 bis 10 Milliequivalenten pro Gramm Polymer.The amount or number of catalytic centers incorporated in the polymer may vary within a wide range, but preferably 5 x 10 -4 to 10 milliequivalents per gram of polymer are preferred.
Zum Erreichen an sich bekannter cokatalytischer Effekte auf die Isocyanat-Poly additionsreaktion kann die polymere Matrix zusätzlich über chemisch eingebaute aktive Wasserstoffatome, bevorzugt Hydroxidgruppen auf Basis niedermolekularer (cyclo-)aliphatischer Alkohole der vorher unter der allgemeinen Form A(OH)x be schriebenen Art - z. B. Methanol, iso-Propanol, Butandiol-1,3 in Mengen von 0,005 -100 mEq pro g Polymersubstanz enthalten.To achieve per se known cocatalytic effects on the isocyanate poly addition reaction, the polymeric matrix in addition to chemically incorporated active hydrogen atoms, preferably hydroxide groups based on low molecular weight (cyclo) aliphatic alcohols previously described under the general form A (OH) x be written type - z. As methanol, iso-propanol, 1,3-butanediol in amounts of 0.005 to 100 mEq per g of polymeric substance.
Neben dem cokatalytischen Effekt der polymergebundenen Hydroxidgruppen auf die basisch katalysierte Polyallophanatisierungsreaktion der 1,3-Diisocyanate ist damit zu rechnen, daß prinzipiell geringe Anteile der fixierten OH-Komponenten in die flüssige Phase gelangen und sich so zwangsläufig an der erfindungsgemäßen Umsetzung beteiligen.In addition to the co-catalytic effect of the polymer-bound hydroxide groups is the basic-catalyzed polyallophanatization reaction of the 1,3-diisocyanates to expect that in principle small proportions of the fixed OH components get into the liquid phase and thus inevitably on the inventive Participate in the implementation.
Zur Durchführung der festbettkatalysierten Umsetzung cycloaliphatischer Alkyl- 1,3-Diisocyanate zu Polyallophanatpolyisocyanatgemischen in Gegenwart von Urethangruppen sind alle bereits genannten Katalysatortypen A) bis C), die chemisch an eine feste Matrix gebunden vorliegen, geeignet.To carry out the fixed-bed-catalyzed reaction of cycloaliphatic alkyl 1,3-diisocyanates to Polyallophanatpolyisocyanatgemischen in the presence of Urethane groups are all already mentioned catalyst types A) to C), which chemically bound to a solid matrix, suitable.
Zur Durchführung beider erfindungsgemäßer Verfahren werden im allgemeinen die Reaktionspartner in solchen Mengen eingesetzt, daß das Äquivalentverhältnis der NCO-Gruppen zu OH-Gruppen auf 0,5 : 1 bis 200 : 1, bei Verwendung eines stöchio metrischen Überschusses an Diisocyanat von Beginn an auf 1,05 : 1 bis 200 : 1 eingestellt wird. Die Herstellung der Urethangruppen aufweisenden Ausgangs materialien zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyallophanatpolyisocyanat gemische erfolgt nach bekannten Methoden der Polyurethanchemie, d. h. insbesondere durch Erhitzen der Ausgangsmaterialien auf 40 bis 140°C, bevorzugt auf 50 bis 90°C. Zu den vorgelegten 1,3-Diisocyanaten werden dabei z. B. bei ca. 50 bis 70°C die OH-haltigen Reaktionskomponenten in flüssiger Form zugetropft, verrührt und nach Ende des exothermen Temperaturanstiegs bei der sich einstellenden Temperatur von ca. 55 bis 80°C umgesetzt. Der Reaktionsverlauf wird dabei durch Kontrolle des NCO-Wertes durch Tritration, Verfolgung des Brechungsindex oder durch eine quantitative IR-Bestimmung verfolgt. Nach Erreichen des gewünschten Urethanisierungsgrades wird, falls nicht von vorneherein mit einem äquivalenten NCO-Überschuß gearbeitet wird, weiteres Diisocyanat zugegeben und beim erfindungsgemäßen 1. Verfahren durch Dosierung eines basischen Katalysators in flüssiger Form, der gegebenenfalls in einer Konzentration von 0,005 bis 50 Gew.-% in einem alkoholischen Verdün nungsmittel gelöst ist, die Allophanatisierungsreaktion im Temperaturbereich zwischen 20 und 140°C, bevorzugt zwischen 35 und 120°C durchgeführt.To carry out both inventive methods are generally the Reactants used in amounts such that the equivalent ratio of NCO groups to OH groups at 0.5: 1 to 200: 1, using a stoichio metric excess of diisocyanate from the beginning to 1.05: 1 to 200: 1 is set. The production of urethane-containing starting material materials for the preparation of the polyallophanate polyisocyanate according to the invention Mixtures are made according to known methods of polyurethane chemistry, d. H. in particular by heating the starting materials at 40 to 140 ° C, preferably at 50 to 90 ° C. The submitted 1,3-diisocyanates are z. B. at approx. 50 to 70 ° C, the OH-containing reaction components are added dropwise in liquid form, stirred and after the end of the exothermic temperature rise at the adjusting temperature of about 55 to 80 ° C implemented. The course of the reaction This is done by controlling the NCO value by titration, pursuit of the Refractive index or by a quantitative IR determination. To Achieving the desired degree of urethanization, if not from is worked in advance with an equivalent NCO excess, more Diisocyanate added and in the first process according to the invention by Dosing a basic catalyst in liquid form, optionally in a concentration of 0.005 to 50% by weight in an alcoholic diluent dissolved, the allophanatization reaction in the temperature range between 20 and 140 ° C, preferably carried out between 35 and 120 ° C.
Die Äquivalentmenge an Hydroxidgruppen, die gegebenenfalls mit dem alkoho lischen Verdünnungsmittel für den Katalysator in die NCO-Reaktion eingebracht werden, ist so bemessen, daß die oben gemachte Angabe über das max. NCO/OH- Verhältnis von 200 : 1 eingehalten wird.The equivalent amount of hydroxide groups, optionally with the alkoho lischer diluent for the catalyst in the NCO reaction introduced be sized, is that the above statement about the max. NCO / OH Ratio of 200: 1 is maintained.
Im Falle, daß dafür gesorgt wird, daß eine für die Allophanatisierungsreaktion genügend große Anzahl an Urethangruppen vorliegt durchIn the case that it is ensured that one for the allophanatization reaction sufficiently large number of urethane groups is present
- a) Einsatz des niedermolekularen basischen Katalysators in einem alkoho lischen Reaktivverdünner,a) Use of the low molecular weight basic catalyst in an alkoho reactive diluents,
- b) Einsatz eines niedermolekularen Katalysators, der zusätzlich über kovalent gebundene Hydroxidgruppen verfügt,b) Use of a low molecular weight catalyst which is additionally covalent has bound hydroxide groups,
kann die Urethanisierung- und Allophanatisierungsreaktion der cycloaliphatischen Alkyl-1,3-Diisocyanate bei einem zu Beginn der Umsetzung vorliegenden NCO/OH-Verhältnis von 1,05 : 1 bis 200 : 1 in einem Reaktionsschritt erfolgen.can the urethanization and allophanatization reaction of cycloaliphatic Alkyl-1,3-diisocyanates present at the beginning of the reaction NCO / OH ratio of 1.05: 1 to 200: 1 in a reaction step.
Die Reaktionstemperatur liegt dabei zwischen 20 bis 140°C, bevorzugt zwischen 30 und 120°C.The reaction temperature is between 20 to 140 ° C, preferably between 30 and 120 ° C.
Die hydroxidgruppenhaltigen Komponenten üben neben ihrer Hauptfunktion, die für die Folgeallophanatprodukte notwendigen Urethanzwischenstufen zu liefern, noch einen aus der Polyurethanchemie an sich bekannten cokatalytischen Effekt auf die katalysierte Isocyanatpolyadditionsreaktion aus. The components containing hydroxide groups, in addition to their main function, which to provide urethane intermediate stages necessary for the folate allophanate products, another co-catalytic effect known from polyurethane chemistry on the catalyzed isocyanate polyaddition reaction.
Weiterhin können alle Substanzen, die einen cokatalytischen Effekt auf Isocyanat umsetzungen aufweisen - wie z. B. in der DE-A 28 06 731 beschrieben - mit verwendet werden.Furthermore, all substances that have a cocatalytic effect on isocyanate have implementations - such. B. in DE-A 28 06 731 described - with be used.
Während der Polyadditionsreaktion der NCO-Gruppen zu Polyallophanatpolyiso cyanatgemischen wird der NCO-Verlauf der Reaktion wie oben beschrieben ana lytisch verfolgt, und die Reaktion beim gewünschten Umsetzungsgrad, der zwi schen 10-95%, bevorzugt zwischen 15 und 90%, bezogen auf die eingesetzte Menge an Diisocyanat liegt, durchDuring the polyaddition reaction of the NCO groups to Polyallophanatpolyiso Cyanatgemischen the NCO course of the reaction as described above ana pursued lytically, and the reaction at the desired degree of conversion, the zwi 10-95%, preferably between 15 and 90%, based on the used Amount of diisocyanate is, by
- a) Abdestillation des leicht flüchtigen Katalysatorsa) distilling off the volatile catalyst
- b) thermische und/oder chemische Desaktivierung des basischen niedermole kularen Katalysatorsb) thermal and / or chemical deactivation of the basic low mols gular catalyst
beendet, wobei als Katalysatorgifte die aus der Polyurethanchemie an sich be kannten, überwiegend sauren Absopper - wie z. B. HCl, Benzoylchlorid, Dibutyl phosphat, Di-(2-ethyl-hexylphosphat), Ameisensäure, Chlorpropionsäure, p-Toluol sulfonsäureester, Schwefel, saure Ionenaustauscher und in den Fällen der Mitverwendung der Aminosilylkatalysatoren C) Wasser - in Mengen zwischen dem 0,2-50-fachen der äquivalenten Menge an eingesetztem Katalysator verwendet werden.ended, as the catalyst poisons from the polyurethane chemistry itself be knew, mostly acid Absopper - such. HCl, benzoyl chloride, dibutyl phosphate, di- (2-ethylhexyl phosphate), formic acid, chloropropionic acid, p-toluene Sulfonic acid esters, sulfur, acidic ion exchangers and in the cases of Co-use of aminosilyl catalysts C) Water - in quantities between 0.2-50 times the equivalent amount of catalyst used be used.
Bei Verwendung eines chemisch an eine feste, schwerlösliche Matrix fixierten ("höhermolekularen") basischen Katalysators wie es beim 2. erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der Fall ist, wird der Festbettkatalysator in Mengen von 5 × 10-4 bis 10 m Äquivalenten katalytische aktive Gruppen pro g polymere Matrix, wobei der gewichtsmäßige Anteil des katalytisch aktiven Polymermaterials be züglich des eingesetzten Diisocyanats zwischen 0,01 bis 20 Gew.-% liegt, eingesetzt. Der Festbettkatalysator kann in Form kleiner Kugeln, Granulaten und auch als feines Pulver eingesetzt werden. Wegen der leichten Abtrennbarkeit wird die Perlform bevorzugt. Das katalytisch aktive Festbett kann in einem Behälter oder Rohr vom Reaktionsmedium durchströmt werden, oder in einem Rührreaktor - z. B. suspendiert in zumindest einem Teil der flüssigen Reaktionskomponenten oder auch in einem inerten Lösungsmittel vorliegen und dann mit den Reaktions komponenten kontaktiert werden. Die Erzeugung der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyallophanatpolyisocyanatgemische notwendigen Urethan gruppen kann, wie beim 1. erfindungsgemäßen Verfahren mit den dort ange gebenen Mengenverhältnissen der NCO/OH-Äquivalente und Verfahrensparameter durchgeführt werden. Anschließend wird der Kontakt zu dem Festbettkatalysator, der wie oben angegeben vorliegen kann, hergestellt.When using a ("higher molecular weight") chemically fixed to a solid, sparingly soluble matrix basic catalyst as in the 2nd manufacturing method of the invention, the fixed bed catalyst in amounts of 5 × 10 -4 to 10 m equivalents of catalytic active groups per g of polymers Matrix, wherein the proportion by weight of the catalytically active polymer material be less the diisocyanate used is between 0.01 to 20 wt .-%, used. The fixed bed catalyst can be used in the form of small spheres, granules and also as a fine powder. Because of the easy separability, the bead form is preferred. The catalytically active fixed bed can be flowed through in a tank or tube from the reaction medium, or in a stirred reactor -. B. suspended in at least a portion of the liquid reaction components or in an inert solvent and then contacted with the reaction components. The generation of the urethane groups necessary for the preparation of the polyallophanate-polyisocyanate mixtures according to the invention can be carried out, as in the first process according to the invention, with the proportions of the NCO / OH equivalents and process parameters given there. Subsequently, contact is made with the fixed bed catalyst which may be as stated above.
Verfügt die katalytisch aktive Einheit der Polymermatrix noch zusätzlich über kovalent gebundene Hydroxidgruppen, die mit den eingesetzten Diisocyanaten zur Urethanbildung befähigt sind, so kann die Urethanisierungs- und die katalysierte Allophanatfolgereaktion in einem Schritt bei einem zu Beginn der Reaktion vorliegenden NCO/OH-Verhältnis von 200 : 1 bis 1,05 : 1 durchgeführt werden.The catalytically active unit of the polymer matrix additionally has over covalently bonded hydroxide groups, which react with the diisocyanates used Urethane formation, so can the urethanization and the catalyzed Allophanate sequencer reaction in one step at the beginning of the reaction present NCO / OH ratio of 200: 1 to 1.05: 1 are performed.
Es ist prinzipiell damit zu rechnen, daß geringe Anteile eines über kovalent gebun dene OH-Gruppen verfügenden Katalysators entweder über die insbesondere bei quarternären Ammoniumsalzen des vorher genannten Typs A) bekannte thermisch induzierte Zerfallsreaktion oder über Gleichgewichtseinstellungen in die flüssige Phase gelangen und sich an der Polyallophanatisierungsreaktion beteiligen.It is to be expected in principle that small proportions of a covalently bound dene OH groups catalyst having either the particular at quaternary ammonium salts of the aforementioned type A) known thermally Induced decomposition reaction or via equilibrium settings in the liquid Phase and participate in the Polyallophanatisierungsreaktion.
Nach Erreichen des gewünschten Umsetzungsgrades der heterogen katalysierten Reaktion in überschüssigem Diisocyanat oder in einem inerten Lösungsmittel wird die Reaktion durch Unterbrechung des Kontaktes zwischen Reaktionsmedium und dem Festbettkatalysator - z. B. durch Filtration - beendet.After reaching the desired degree of conversion of heterogeneously catalyzed Reaction in excess diisocyanate or in an inert solvent the reaction by interrupting the contact between the reaction medium and the fixed bed catalyst -. B. by filtration - finished.
Die filtrierte ausreagierte Reaktionsmasse wird gegebenenfalls noch zusätzlich mit einer thermischen und/oder chemischen Nachbehandlung, wie beim ersten erfin dungsgemäßen Verfahren beschrieben, stabilisiert. Die weitere Vorgehensweise und die Eigenschaften der Produkte sind für die homogen katalysierte (Verfahren 1) und die heterogen katalysierte (Verfahren 2) Polyallophanatisierung von cyclo aliphatischen Alkyl-1,3-Diisocyanaten gleich und werden im folgenden beschrie ben.The filtered reacted reaction mass is optionally additionally with a thermal and / or chemical aftertreatment, as in the first inventions described to the invention, stabilized. The further procedure and the properties of the products are for the homogeneously catalyzed (process 1) and the heterogeneously catalyzed (process 2) polyallophanatization of cyclo Aliphatic alkyl-1,3-diisocyanates and are described below ben.
Das abgestoppte Polyallophanatpolyisocyanatgemisch wird, falls noch nicht umge setztes freies Ausgangsdiisocyanat vorliegt, mit Hilfe einer Destillation über einen Dünnschicht- oder Kurzwegverdampfer oder einer extraktiven Aufarbeitungs methode - z. B. mit n-Hexan - vom Monomeren bis auf einen Restgehalt < 2, bevorzugt < 0,5 Gew.-%, befreit. Die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte zeichnen sich durch eine hervorragende Stabilität während der thermischen Belastung der Dünnschichtdestillation aus. Es treten nicht die bei anderen chemisch modifizierten Polyisocyanaten mit z. B. Uretdion- oder Biuretstruktur beobachteten Neben- und/oder Äquilibrierungsreaktionen ein, die zu lästigen An backungen oder einer unerwünschten Viskositätserhöhung führen können.The stopped Polyallophanatpolyisocyanatgemisch is, if not vice initial free starting diisocyanate is present, by means of a distillation over a Thin-film or short-path evaporator or an extractive work-up method - z. With n-hexane - from the monomer to a residual content <2, preferably <0.5% by weight, freed. The process products according to the invention are characterized by excellent stability during the thermal Strain on the thin film distillation. It does not occur in others chemically modified polyisocyanates with z. B. uretdione or biuret structure observed side and / or equilibration reactions that cause annoyance baking or an undesirable increase in viscosity can lead.
Beide erfindungsgemäße Verfahren eignen sich auch für eine kontinuierliche Reak tionsführung.Both methods of the invention are also suitable for a continuous reaction tion management.
Beim 1. Verfahren mit homogener Katalyse werden dabei entweder mehrere Reaktoren zu einer Kesselkaskade mit kontinuierlichem Durchlauf der Reaktions ware geschaltet, oder es wird ein Rohrreaktor mit einem überwiegend turbulenten Strömungsprofil verwendet. In den ersten oder über mehrere Reaktoren der Kaskade verteilt bzw. in den Eintritt des Rohrreaktors werden dabei die Isocyanat- und die Hydroxykomponente gemeinsam mit dem basischen Katalysator, gegebenenfalls über ein/oder mehrere Düsen verteilt, dosiert und vermischt, und innerhalb einer durch die Auslegung und Geometrie der verwendeten Apparatur sowie der Verfahrensparameter (z. B. Temperaturprofil, Durchsatzgeschwindigkeit) bestimmten Verweilzeit bis zum gewünschten Grad umgesetzt.In the first method with homogeneous catalysis, either several Reactors to a boiler cascade with continuous passage of the reaction switched, or it becomes a tubular reactor with a predominantly turbulent Flow profile used. In the first or several reactors of the Cascade distributed or in the inlet of the tubular reactor while the isocyanate and the hydroxy component together with the basic catalyst, optionally distributed, metered and mixed via one or more nozzles, and within a design and geometry of the equipment used as well as the process parameters (eg temperature profile, throughput speed) certain residence time to the desired degree implemented.
Da auf jeden Fall für die Anwesenheit einer genügend großen Anzahl an Urethangruppen bei der Herstellung der Polyallophanatpolyisocyanatgemische gesorgt werden muß, kann die Dosierung des basischen Katalysator auch erst nach einem vorgelagerten Urethansierungsschritt in einen der dem ersten nachfolgenden Reaktoren der Kaskade erfolgen.Because in any case for the presence of a sufficiently large number Urethane groups in the preparation of Polyallophanatpolyisocyanatgemische must be taken care of, the dosage of the basic catalyst only after an upstream urethanization step in one of the first subsequent Reactors of the cascade take place.
Weiterhin möglich ist es auch, die Urethanisierungsreaktion der 1,3-Diisocyanat komponente mit Alkoholen in einem vorgeschalteten Batchreaktor durchzuführen und das Produkt kontinuierlich in einer mit Katalysator beaufschlagten Reaktions kaskade zu den Allophanaten umzusetzen.It is also possible, the urethanization reaction of 1,3-diisocyanate perform component with alcohols in an upstream batch reactor and the product continuously in a catalyst-charged reaction cascade to the allophanates.
Bei dem zweiten angegeben Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyallophanat-polyisocyanatgemische mit Hilfe eines chemisch an eine feste, schwerlösliche Matrix gebundenen Katalysators sind ebenfalls kontinuierliche Reaktionsführungen möglich.In the second indicated method for producing the inventive Polyallophanate polyisocyanate mixtures with the help of a chemical to a solid, sparingly soluble matrix-bound catalyst are also continuous Reaction guides possible.
Im einem Fall kann der feste Katalysator in suspendierter Form in der vorher beschriebenen Reaktionskesselkaskade eingesetzt werden. Für die Dosierungs möglichkeiten der Reaktionspartner (Diisocyanat- und Alkoholkomponente) gilt sinngemäß die beim 1. Verfahren abgehandelte Vorgehensweise.In one case, the solid catalyst in suspended form in the before described reaction vessel cascade be used. For the dosage possible reactants (diisocyanate and alcohol component) applies mutatis mutandis, the procedure dealt with in the first method.
Durch Filtriervorrichtungen im Ablauf der Kaskadenreaktoren wird der "hetero gene" Katalysator von der homogenen Reaktionslösung getrennt und nach Passie ren des letzten Reaktors, gegebenenfalls nach zusätzlicher thermischer und/oder chemischer Desaktivierung der filtrierten Reaktionsware erfolgt gegebenenfalls die beschriebene destillative oder extraktive Abtrennung von überschüssigem monome rem Ausgangsdiisocyanat.By filtering devices in the course of the cascade reactors is the "hetero "Separated catalyst from the homogeneous reaction solution and Passie ren of the last reactor, optionally after additional thermal and / or chemical deactivation of the filtered reaction product is optionally carried out described distillative or extractive separation of excess monomials rem starting diisocyanate.
Anstelle der Kaskadenreaktoren können bei diesem Verfahren auch mehrere hinter einandergeschaltete mit Festbettkatalysator gepackte Säulen verwendet werden, die kontinuierlich von der Reaktionsmischung durchströmt werden.Instead of cascade reactors in this process, several behind cascaded columns packed with fixed bed catalyst can be used; flow through the reaction mixture continuously.
Im Falle, daß die Herstellung der Polyallophanatpolyisocyanatgemische ohne phy sikalische Abtrennung von überschüssigem Restmonomeren durchgeführt werden soll, steigt mit dem Umsetzungsgrad mit der Zeit die Viskosität des Reaktions gemisches an, so daß nach und nach noch ein gegenüber Isocyanatgruppen inertes Lösungsmittel - wie z. B. Methoxypropylacetat, Solventnaphtha oder Butylacetat zugegeben wird, so daß die entstehende Lösung des Reaktionsgemisches gut rühr bar bleibt. Letzten Endes verbleibt eine 20-95, vorzugsweise 50-95%ige Lö sung der erfindungsgemäßen Polyallophanat-Polyisocyanatgemische auf der Basis von cycloaliphatischen Alkyl-1,3-diisocyanaten. Weiterhin können unpolare Lö sungsmittel in der Art und Weise wie in EP-A 0 566 037, S. 5, beschrieben als Verdünner der erfindungsgemäßen Polyallophanatpolyisocyanate eingesetzt wer den.In the case that the preparation of Polyallophanatpolyisocyanatgemische without phy sikalische separation of excess residual monomers are carried out should increase with the degree of conversion over time, the viscosity of the reaction mixed, so that gradually one more isocyanate-inert Solvent - such. B. methoxypropyl acetate, solvent naphtha or butyl acetate is added, so that the resulting solution of the reaction mixture stir well remains bar. Ultimately, a 20-95, preferably 50-95% Lö remains solution of the polyallophanate-polyisocyanate mixtures according to the invention on the basis of cycloaliphatic alkyl-1,3-diisocyanates. Furthermore, nonpolar Lö in the manner described in EP-A 0 566 037, p. 5, as Thinner of Polyallophanatpolyisocyanate invention used who the.
Die erfindungsgemäßen Polyallophanatpolyisocyanate sind in reiner oder in gelöster Form stabil und zeigen selbst beierhöhten Lagertemperaturen bei ca. 60°C keine Tendenz zur Veränderung ihrer charakteristischen Eigenschaften, wie z. B. NCO-Gehalt, Farbzahl und Viskosität. Es wird auch keine Rückspaltung zu monomeren Ausgangsdiisocyanat beobachtet.The polyallophanate polyisocyanates of the invention are in pure or in stable solubility and show even at elevated storage temperatures at approx. 60 ° C no tendency to change their characteristic properties, such as z. As NCO content, color number and viscosity. There will be no splitting too observed monomeric starting diisocyanate.
Die erfindungsgemäßen Polyallophanatpolyisocyanatgemische bzw. ihre Lösungen zeichnen sich durch eine niedrige Farbzahl, hohe Lichtechtheit und eine ver gleichsweise niedrige Viskosität aus. Die Farbe der erfindungsgemäßen Polyallo phanatpolyisoeyanatgemische kann, falls erforderlich nach den in DE 39 00 053 gemachten Angaben z. B. durch Zusatz von peroxidischen Verbindungen verbessert werden, so daß letzten Endes Hazenfarbzahlen (DIN 53 409) von unter 25 erreicht werden können. Abweichend von den Angaben des genannten Aufhellungsverfah rens kann eine effektive Farbzahlverbesserung der erfindungsgemäßen Gemische bereits bei Raumtemperatur erzielt werden.The Polyallophanatpolyisocyanatgemische invention or their solutions are characterized by a low color number, high light fastness and a ver comparatively low viscosity. The color of the polyallo invention phanatpolyisoeyanatgemische may, if necessary according to DE 39 00 053 made statements z. B. improved by the addition of peroxide compounds so that ultimately Hazenfarbzahlen (DIN 53 409) of less than 25 achieved can be. Notwithstanding the details of the aforementioned Auflellungsverfah An effective color number improvement of the mixtures according to the invention can be achieved already be achieved at room temperature.
Falls es sich bei den erfindungsgemäßen Polyallophanatpolyisocyanatgemischen um hochviskose bis feste Stoffe handelt, können sie, gegebenenfalls in blockierter Form als Pulverlackvernetzter Anwendung finden.If it is in the Polyallophanatpolyisocyanatgemischen invention are highly viscous to solid substances, they may be in blocked Find form as powder coating crosslinked application.
Die erfindungsgemäßen Polyisoscyanatgemische stellen wertvolle, hochwertige Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Ein- oder Zweikomponentenbeschich tungen mit einem hohen optischen und lacktechnischen Niveau dar.The Polyisoscyanatgemische invention provide valuable, high quality Starting materials for the production of one- or two-component coating tions with a high visual and technical level.
Bevorzugte Reaktionspartner für die erfindungsgemäßen, gegebenenfalls in blockierter Form vorliegenden Lackpolyisocyanate bei der erfindungsgemäßen Verwendung sind insbesondere die aus der Polyurethanlacktechnologie an sich bekannten Polyhydroxyverbindungen wie beispielsweise Polyhydroxypolyether und insbesondere Polyhydroxypolyester und/oder Polyhydroxypolyacrylate gegebenen falls in Abmischung mit niedermolekularen, mehrwertigen Alkoholen.Preferred reactants for the inventive, optionally in Blocked form paint polyisocyanates present in the invention Use are in particular those from the polyurethane coating technology itself known polyhydroxy compounds such as polyhydroxy polyethers and in particular polyhydroxypolyesters and / or polyhydroxypolyacrylates if in admixture with low molecular weight, polyhydric alcohols.
Auch Polyamine, insbesondere in blockierter Form (Polyketimine oder Oxa zolidine) stellen denkbare Reaktionspartner für die erfindungsgemäßen Lackpoly isocyanate bei der erfindungsgemäßen Verwendung dar. Eine besonders interessante Klasse von denkbaren Reaktionspartner für die erfindungsgemäßen Lackpolyisocyanate bei der erfindungsgemäßen Verwendung sind die sekundäre Aminogruppen aufweisenden "Polyasparaginsäureester" gemäß EP-A 0 403 921, die oftmals in Kombination mit Polyhydroxypolyestern und insbesondere Polyhydroxypolyacrylaten der aus der Lacktechnologie an sich bekannten Art Ver wendung finden.Also polyamines, especially in blocked form (polyketimines or oxa zolidine) are conceivable reactants for the invention Lackpoly isocyanates in the use according to the invention. A particularly interesting class of conceivable reactants for the invention Lacquer polyisocyanates in the use according to the invention are the secondary ones Amino groups "polyaspartic acid ester" according to EP-A 0 403 921, often in combination with polyhydroxy polyesters and in particular Polyhydroxypolyacrylates known from paint technology known type Ver find a turn.
Bei allen Varianten der erfindungsgemäßen Verwendung werden die Mengen verhältnisse der Bindemittelkomponenten im allgemeinen so gewählt, daß auf jede blockierte Isocyanatgruppe der erfindungsgemäßen Lackpolyisocyanate 0,7 bis 3,0, vorzugsweise 0,8 bis 1,1 gegebenenfalls blockierte isocyanatreaktive Gruppen entfallen. In all variants of the use according to the invention, the amounts ratios of the binder components generally chosen so that each blocked isocyanate group of the lacquer polyisocyanates 0.7 to 3.0 according to the invention, preferably 0.8 to 1.1 optionally blocked isocyanate-reactive groups omitted.
Zur Beschleunigung der Aushärtung können in bekannter Weise die in der Iso cyanatchemie üblichen Katalysatoren verwendet werden, wie z. B. tert.-Amine wie Triethylamin, Pyridin, Methylpyridin, Benzyldimethylamin, N,N-Dimethylamino cyclohexan, N-Methylpyridin, Pentamethyldiethylentriamin, 1,4-Diazabicyclo- (2,2,2)octan und N,N′-Dimethylpiperazin oder Metallsalze wie Eisen(III)chlorid, Zinkchlorid, Zink-2-ethylcaproat, Zinn(II)ethylcaproat, Zinn(II)-2-ethylhexanoat, Dibutylzinndilaurat und Molybdänglykolat.To accelerate the curing can in the known manner in Iso cyanatchemie conventional catalysts are used, such as. B. tertiary amines such as Triethylamine, pyridine, methylpyridine, benzyldimethylamine, N, N-dimethylamino cyclohexane, N-methylpyridine, pentamethyldiethylenetriamine, 1,4-diazabicyclo- (2,2,2) octane and N, N'-dimethylpiperazine or metal salts such as iron (III) chloride, Zinc chloride, zinc 2-ethylcaproate, tin (II) ethyl caproate, tin (II) 2-ethylhexanoate, Dibutyltin dilaurate and molybdenum glycolate.
Geeignete Blockierungsmittel zur gegebenenfalls erforderlichen Blockierung der Lackpolyisocyanate sind beispielsweise Monophenole (Phenol, Kresol), tertiäre Alkohole (t-Butanol, Dimethylphenylcarbinol), leicht Enole bildende Verbindungen (Acetessigsäureethylester, Malonsäurediethylester), sekundäre Amine (Diisopropyl amin, N-Methylanilin, N-Phenylxylidin), Imide (Succinimid), Lactame (ε-Capro lactam, δ-Valerolactam), Oxime (Butanonoxim, Cyclohexanonoxim), Mercaptane (Methylmercaptan, Ethylmercaptan), Triazole (1H-1,2,4-Triazol), Pyrazole z. B. Dimethyl-(pyrazol) oder auch Gemische derartiger Blockierungsmittel.Suitable blocking agents for blocking if necessary Lacquer polyisocyanates are, for example, monophenols (phenol, cresol), tertiary Alcohols (t-butanol, dimethylphenylcarbinol), slightly enolating compounds (Ethyl acetoacetate, diethyl malonate), secondary amines (diisopropyl amine, N-methylaniline, N-phenylxylidine), imides (succinimide), lactams (ε-Capro lactam, δ-valerolactam), oximes (butanone oxime, cyclohexanone oxime), mercaptans (Methylmercaptan, ethylmercaptan), triazoles (1H-1,2,4-triazole), pyrazoles e.g. B. Dimethyl (pyrazole) or mixtures of such blocking agents.
Die Herstellung der gebrauchfertigen Beschichtungsmittel erfolgt in an sich be kannter Art, gegebenenfalls unter Mitverwendung der aus der Lacktechnologie üb lichen Hilfs- und Zusatzstoffe wie z. B. Pigmenten, Farb- und Füllstoffen, Lichtschutzmittel, Sauerstoffinhibitoren, Verlaufshilfsmittel und dergleichen. Die besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Polyurethanlacke weisen im allgemeinen einen Gehalt an inerten Lösungsmitteln von 5 bis 90, vorzugsweise 10 bis 75 Gew.-% auf. Die erfindungsgemäßen Lackpolyisocyanate können jedoch auch, falls es sich um Festkörper handelt, als Pulverlackvernetzer Verwendung finden, wozu sie auch mit Blockierungsmitteln der beispielhaft genannten Art in blockierter Form Verwendung finden. Die erfindungsgemäßen Lackpolyisocyanate eignen sich auch zur Herstellung von einkomponentig zu verarbeitenden, lufttrocknenden Lacken. Hierzu werden aus in der Lacktechnologie an sich bekannte Polyhydroxylverbindungen der beispielhaft genannten Art und überschüssigen Mengen der erfindungsgemäßen Lackpolyisocyanate NCO-Prepoly mere hergestellt, die vorzugsweise in gelöster Form, unter dem Einfluß von Luft feuchtigkeit aushärtbare Einkomponenten-Bindemittel darstellen.The preparation of the ready-to-use coating agent is carried out in be of known kind, possibly with the concomitant use of paint technology union auxiliaries and additives such. As pigments, dyes and fillers, Light stabilizers, oxygen inhibitors, flow control agents and the like. The particularly preferred two-component polyurethane coatings according to the invention generally have a content of inert solvents from 5 to 90, preferably from 10 to 75% by weight. The paint polyisocyanates according to the invention however, if they are solids, they can also be used as powder coating crosslinkers Use, what they also with blocking agents of the example mentioned type in blocked form use. The invention Lacquer polyisocyanates are also suitable for the production of one-component processing, air-drying paints. This will be done in paint technology known per se polyhydroxyl compounds of the type exemplified and Excess amounts of the coating polyisocyanates NCO-prepoly according to the invention mers, preferably in dissolved form, under the influence of air represent moisture-curable one-component binders.
Die mit den erfindungsgemäßen Lackpolyisocyanaten hergestellten Beschichtungs mittel können in Abhängigkeit von ihrer Konsistenz aus Lösung, aus der Schmelze oder in fester Form nach den üblichen Methoden wie z. B. Streichen, Rollen Gießen, Spritzen, dem Wirbelsinterverfahren oder dem elektrostatischen Pulversprühverfahren auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgebracht werden.The coatings produced with the paint polyisocyanates according to the invention Depending on their consistency, agents can be made from solution, from the melt or in solid form according to the usual methods such. B. painting, rolling Casting, spraying, the vortex sintering process or the electrostatic Powder spray applied to the object to be coated.
Die die erfindungsgemäßen Lackpolyisocyanate enthaltenden Beschichtungs systeme ergeben Filme, die überraschend gut auf metallischem Untergrund haften, besonders lichtecht, wärmefarbstabil und sehr abriebfest sind und, sofern sie in lufttrocknenden Lacken verwendet werden, besonders rasch, selbst bei Tempe raturen um 0°C antrocknen. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch große Härte, Elastizität, sehr gute Chemikalienbeständigkeit, insbesondere Superbenzinfestigkeit, hohen Glanz, ausgezeichnete Wetterbeständigkeit und Pigmentierbarkeit aus.The coatings containing the lacquer polyisocyanates according to the invention result in films that adhere surprisingly well to metallic substrates, are particularly lightfast, heat stable and very resistant to abrasion and, if they are in air-drying paints are used, especially quickly, even at Tempe dry at 0 ° C. In addition, they are characterized by great hardness, Elasticity, very good chemical resistance, especially superbenzine resistance, high gloss, excellent weather resistance and pigmentability.
Eine lackanwendungstechnische Prüfung einer Lösung eines beispielhaften Poly allophanatpolyisocyanatgemisches auf der Basis von Hexahydro-2,4,2,6- Diisocyanattoluol (Isomerengemisch) ergab im Vergleich zu der entsprechenden Lösung eines Isocyanurates auf der Basis von Isophorondiisocyanat (IPDI) ein gleich hohes Niveau (vgl. anwendungstechnisches Beispiel Nr. 1b).A paint application test of a solution of an exemplary poly allophanate-polyisocyanate mixture based on hexahydro-2,4,2,6- Diisocyanate toluene (mixture of isomers) compared to the corresponding Solution of an isocyanurate based on isophorone diisocyanate (IPDI) the same high level (see application example No. 1b).
Die Prozentangaben beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf Gew.-%.The percentages are by weight unless otherwise stated.
Eingesetztes 1,3-Diisocyanat:
Das verwendete Hexahydro-1,3-Diisocyanatotoluol (H₆-TDI) ist ein technisch her
gestelltes Gemisch aus ca. 80% 1-Methyl-2,4- und ca. 20% 1-Methyl-2,6-diiso
cyanatocyclohexan. Das Verhältnis der cis-/trans-Konfigurationsisomeren beträgt
ca. 60 : 40 (GC- und ¹³C-NMR-Analyse).1,3-diisocyanate used:
The hexahydro-1,3-diisocyanatotoluene (H₆-TDI) used is a mixture of about 80% 1-methyl-2,4- and about 20% 1-methyl-2,6-diiso cyanatocyclohexan. The ratio of the cis / trans configuration isomers is about 60:40 (GC and13 C NMR analysis).
3 500 g H₆-TDI werden unter Vakuum mehrmals entgast und mit Stickstoff be lüftet. Unter einem schwachen Stickstoffstrom werden bei 55°C dann 128,46 g einer 0,06%igen Katalysatorlösung - bestehend aus einer mit 128,26 g Butandiol- 1,3 verdünnten 40%igen methanolischen Lösung von Tnmethylbenzylammo niumhydroxid (Triton B®) - innerhalb 10 Minuten zugetropft und verrührt. Das NCO/OH-Äquivalentverhältnis beträgt 13,6 : 1, der theoretische Urethangehalt (59 g/mol) liegt bei 4,6%. Infolge einer schwach exothermen Reaktion steigt die Temperatur auf 60°C an und wird dort gehalten bis nach ca. 4 Stunden ein titrimetrisch bestimmter NCO-Wert von 38,4% gemessen werden konnte. 3 500 g of H₆-TDI are degassed several times under vacuum and be with nitrogen be ventilated. Under a gentle stream of nitrogen at 55 ° C then 128.46 g a 0.06% catalyst solution - consisting of one with 128.26 g of butanediol 1.3 diluted 40% methanolic solution of methylbenzylammo ammonium hydroxide (Triton B®) - added dropwise within 10 minutes and stirred. The NCO / OH equivalent ratio is 13.6: 1, the theoretical urethane content (59 g / mol) is 4.6%. As a result of a weakly exothermic reaction increases Temperature to 60 ° C and is held there until after about 4 hours titrimetrically determined NCO value of 38.4% could be measured.
Die klare, noch überschüssiges Diisocyanat enthaltende Allophanatlösung wird dann mit 0,14 g Dibutylphosphat zum Abstoppen der Reaktion bei 60°C ca. 0,5 Stunden verrührt.The clear, still excess diisocyanate containing allophanate solution is then with 0.14 g of dibutyl to stop the reaction at 60 ° C about 0.5 Stirred for hours.
Danach wurde ein NCO-Gehalt von 38,3% gemessen.Thereafter, an NCO content of 38.3% was measured.
Anschließend erfolgt die destillative Abtrennung des überschüssigen monomeren H₆-TDI mittels einer aus einem Fallfilm- und einem nachgeschalteten Dünn schichtverdampfer bestehenden Destillationsapparatur bei einer Temperatur von 150°C und einem Vakuum von ca. 0,05 mbar.Subsequently, the distillative separation of the excess monomer takes place H₆-TDI using one of a falling film and a downstream thin stratified evaporator existing distillation apparatus at a temperature of 150 ° C and a vacuum of about 0.05 mbar.
Das erhaltene Festharz hat einen NCO-Gehalt von 15,8% und einen Restgehalt an monomeren H₆-TDI von 0,21%.The resulting solid resin has an NCO content of 15.8% and a residual content at monomeric H₆-TDI of 0.21%.
Nach Auflösung dieses Polyallophanatpolyisocyanatgemische, in einer 1 : 1 Mischung aus Methoxypropylacetat und Xylol weist die 70%ige Harzlösung folgende charakteristische Daten auf:After dissolution of these Polyallophanatpolyisocyanatgemische, in a 1: 1 Mixture of methoxypropyl acetate and xylene has the 70% resin solution the following characteristic data:
Ein Teil dieser 70%igen Harzlösung wird mit 300 ppm einer 50%igen Lösung von Butanonperoxid in Weichmacher versetzt und 1 Stunde bei Raumtemperatur verrührt. Bei sonst unveränderten Kenndaten beträgt die nun gemessene Farbzahl 20 Hazen.Part of this 70% resin solution is mixed with 300 ppm of a 50% solution of butanone peroxide in plasticizer and for 1 hour at room temperature stirred. With otherwise unchanged characteristics, the now measured color number is 20 Hazen.
Nach einer vierwöchigen Lagerung bei Raumtemperatur und bei 50°C bleiben die aufgeführten Kenndaten der 70%igen Harzlösung innerhalb der Meßtoleranzen konstant.After four weeks of storage at room temperature and at 50 ° C, the listed characteristics of the 70% resin solution within the measuring tolerances constant.
Daten aus der spektroskopischen (IR, ¹H-NMR, ¹³C-NMR) und gelchromato graphischen (GPC) Untersuchung mit dem Polyallophanatpolyisocyanat-Harz (100%ig) aus Beispiel 1a.Data from spectroscopic (IR, 1 H-NMR, 13 C-NMR) and gelchromato graphical (GPC) examination with the polyallophanate polyisocyanate resin (100%) from Example 1a.
Laut IR-Spektren sind keine meßbaren Anteile an Uretdion-(1765 cm-1) und Isocyanurat-(1690 cm-1 )strukturen in dem Polyallophanatpolyisocyanatgemisch enthalten.IR spectra show no measurable levels of uretdione (1765 cm -1 ) and isocyanurate (1690 cm -1 ) structures in the polyallophanate polyisocyanate mixture.
Eine lackanwendungstechnische Prüfung der 70%igen Polyallophanatlösung gemäß Beispiel 1a im Vergleich zu einer 70%igen Lösung des Trimerisats von Isophorondiisocyanat in Solventnaphtha (Handelsname: Desmodur Z 4370 SN®) ergab in Kombination mit der OH-Komponenten Desmophen A 565 X® (Polyacrylatpolyol, 65%ig in Xylol) sowie einigen bei der Klarlackformulierung üblichen Hilfsmittel folgende Werte:A paint application test of the 70% polyallophanate solution according to Example 1a compared to a 70% solution of Trimerisats of Isophorone diisocyanate in solvent naphtha (trade name: Desmodur Z 4370 SN®) in combination with the OH components Desmophen A 565 X® (Polyacrylatpolyol, 65% in xylene) and some in the clearcoat formulation usual aids the following values:
Mit den angegebenen Klarlackrezepturen des neuen Polyallophanatpolyisocyanats wurde im Vergleich zu dem Polyisocyanat-Isocyanurat Desmodur Z 4370® eine Bewitterungsprüfung nach DIN 53 231/1 ("Xeno-Test") durchgeführt und nach 2000 h folgende Werte ermittelt.With the specified clearcoat formulations of the new polyallophanate polyisocyanate was compared to the polyisocyanate isocyanurate Desmodur Z 4370® a Weathering test according to DIN 53 231/1 ("Xeno-Test") performed and after 2000 h the following values were determined.
Das Ergebnis der lacktechnischen Prüfung - insbesondere im Hinblick auf eine Eignung für die Autoerst-(OEM-) und die Autoreparaturlackierung - ergibt für das erfindungsgemäße Polyallophanatpolyisocyanat auf Basis H₆-TDI bei deutlich niedriger Viskosität ein gleich hohes Niveau im Vergleich zu einem Trimerisat auf der Basis von Isophorondiisocyanat (IPDI).The result of the paint inspection - especially with regard to a Suitability for the auto prime (OEM) and auto refinishing - results for the Polyallophanate polyisocyanate based on H₆-TDI according to the invention clearly low viscosity compared to a trimer the base of isophorone diisocyanate (IPDI).
Für die Blockierungsreaktion wurde eine gemäß Beispiel 1a hergestellte 70%ige Harzlösung in Solventnaphtha mit folgenden Kenndaten eingesetztFor the blocking reaction was a 70% prepared according to Example 1a Resin solution in solvent naphtha used with the following characteristics
944 g (2,50 Äquivalente NCO) der 70%igen Harzlösung wurden auf 50°C erhitzt und innerhalb einer Stunde mit 218,5 g (2,51 Äquivalente) Butanonoxim versetzt. Die exotherme Reaktion führt zu einem Temperaturanstieg auf 60°C, und es wird bis zum quantitativen NCO-Umsatz (NCO-Gehalt < 0,05%) noch 1 h bei 70°C nachgerührt. Anschließend wird der Feststoffgehalt durch Zugabe von 190,0 g Solventnaphtha auf 65% eingestellt, und die Lösung durch Zugabe von 300 ppm Butanonperoxid in Weichmacher bei Raumtemperatur aufgehellt.944 g (2.50 equivalents NCO) of the 70% resin solution were heated to 50 ° C and within one hour with 218.5 g (2.51 equivalents) of butanone oxime. The exothermic reaction causes a temperature rise to 60 ° C, and it becomes until the quantitative NCO conversion (NCO content <0.05%) for 1 h at 70 ° C. stirred. Subsequently, the solids content by addition of 190.0 g Solvent naphtha adjusted to 65%, and the solution by adding 300 ppm Butanone peroxide in plasticizer brightened at room temperature.
3000 g (16,67 Mol) TDI werden bei 65°C vorgelegt und mehrmals mit Stickstoff entgast und belüftet.3000 g (16.67 mol) of TDI are introduced at 65 ° C and several times with nitrogen degassed and ventilated.
Anschließend werden 223,1 g (1,08 Mol) eines Umsetzungsproduktes von Butandiol-1,3 mit ε-Caprolacton (Molverhältnis 1 : 1, OHZ = 542, Viskosität (23°C): 180 mPa·s) bei 65°C zugesetzt.Subsequently, 223.1 g (1.08 mol) of a reaction product of Butanediol-1,3 with ε-caprolactone (molar ratio 1: 1, OH = 542, viscosity (23 ° C): 180 mPa · s) at 65 ° C.
Infolge Exothermie steigt die Temperatur bis aus 71°C an, und die Reaktion wird bei 65°C bis zu einem NCO-Wert von 41,6% durchgeführt.As a result of exotherm, the temperature rises to 71 ° C, and the reaction becomes carried out at 65 ° C to an NCO value of 41.6%.
Anschließend erfolgt die Katalyse mit 12,88 g einer 1%igen Lösung von Triton B, die aus einer 40%igen methanolischen Stammiösung durch Verdünnung mit Butandiol-1,3 hergestellt worden ist.Subsequently, the catalysis is carried out with 12.88 g of a 1% solution of Triton B, which consists of a 40% methanolic stock solution by dilution with Butanediol-1,3 has been produced.
Nach exothermer Reaktion bis auf 70°C wird die Umsetzung bei 65°C bis zu einem NCO-Wert von 32,0% durchgeführt und mit 1,61 g Dibutylphosphat ab gestoppt.After exothermic reaction up to 70 ° C, the reaction at 65 ° C up to an NCO value of 32.0% and with 1.61 g of dibutyl phosphate stopped off.
Das überschüssige H₆-TDI wird, wie beschrieben, abdestilliert. Das erhaltene Harz (41% Ausbeute) hat einen NCO-Gehalt von 13,2% und eine mittlere NCO- Funktionalität (GPC-Spektrum) von 2,81.The excess H₆-TDI is distilled off as described. The resulting resin (41% yield) has an NCO content of 13.2% and an average NCO Functionality (GPC spectrum) of 2.81.
Die 70%ige Lackharzlösung (Methoxyproplyacetat/Xylol 1 : 1) hat folgende Kenndaten:The 70% resin solution (methoxypropyl acetate / xylene 1: 1) has the following Characteristics:
NCO-Gehalt: 9,2%, Viskosität: 1 490 mPa·s (23°C)
Monomeres 0,40%, Farbzahl: 40 Apha
H₆-TDI.NCO content: 9.2%, viscosity: 1,490 mPa.s (23 ° C.)
Monomer 0.40%, color number: 40 Apha
H₆ TDI.
Ein Gemisch aus 200 g (1,19 Mol) Hexamethylendiisocyanat (HDI) und 500 g (2,77 Mol) H₆-TDI wird mit Stickstoff entgast.A mixture of 200 g (1.19 mol) of hexamethylene diisocyanate (HDI) and 500 g (2.77 moles) H₆-TDI is degassed with nitrogen.
Anschließend werden bei 60°C 23,2 g Butandiol-1,3 zugesetzt. Das NCO/OH- Verhältnis liegt bei 15,8. Die Urethanisierungsreaktion wird bei 65°C bis zu einem NCO-Wert von 43,0% durchgeführt.Subsequently, 23.2 g of 1,3-butanediol are added at 60 ° C. The NCO / OH Ratio is 15.8. The urethanization reaction is carried out at 65 ° C to a NCO value of 43.0%.
Anschließend wird mit 5,5 g einer 0,5%igen Lösung von Triton B (40%ige Stammlösung in Methanol, verdünnt mit Butandiol-1,3) katalysiert. Bei einem NCO-Wert von 37,0% wird die Reaktion durch Zugabe von 0,18 g Dibutylphosphat beendet.Subsequently, with 5.5 g of a 0.5% solution of Triton B (40% Stock solution in methanol, diluted with butanediol-1,3). At a NCO value of 37.0%, the reaction by addition of 0.18 g Dibutyl phosphate terminated.
Nach Entfernen der überschüssigen monomeren Diisocyanate über einen Kurzwegverdampfer wurden folgende Daten ermittelt:After removal of the excess monomeric diisocyanates via a Short path evaporator, the following data were determined:
Die 70%ige Lösung des Mischharzes in Methoxylpropylacetat/Xylol (1 : 1) hat folgende Kenndaten:The 70% solution of the mixed resin in Methoxylpropylacetat / xylene (1: 1) has the following characteristics:
NCO-Gehalt: 12,40%, Viskosität: 260 mPa·s (23°C<
Farbzahl: 50 AphaNCO content: 12.40%, viscosity: 260 mPa · s (23 ° C <
Color number: 50 Apha
Ein bei 80°C getrockneter, klarer Film des Mischharzes aus H₆-TDI/HDI hat eine glatte, rißfreie Oberfläche.A dried at 80 ° C, clear film of the mixed resin of H₆-TDI / HDI has a smooth, crack-free surface.
528,6 g (2,94 Mol) H₆-TDI werden mit Stickstoff entgast und mit 68,0 g (0,76 Mol) Butandiol-1,3 bei 65°C bis zu einem NCO-Wert von 31,9% (Theorie: 30,7%) umgesetzt.528.6 g (2.94 mol) of H₆-TDI are degassed with nitrogen and 68.0 g (0.76 mol) of 1,3-butanediol at 65 ° C up to an NCO value of 31.9% (theory: 30.7%).
Anschließend wurden bei 70°C in drei gleichen Portionen insgesamt 7,16 g einer 0,5%igen Triton B-Lösung (40%ige Stammlösung in Methanol verdünnt mit Butandiol-1,3) zugegeben.Subsequently, at 70 ° C in three equal portions a total of 7.16 g of a 0.5% Triton B solution (40% stock solution diluted in methanol with Butanediol-1,3) was added.
Bei einem NCO-Wert von 21,4% (entsprechend 3,08 Äquivalente NCO-Gruppen) wird die viskoser werdende Reaktionsmasse mit 0,09 g Dibutylphosphat abgestoppt und auf 80°C hochgeheizt.At an NCO value of 21.4% (corresponding to 3.08 equivalents of NCO groups) becomes the viscous reaction mass with 0.09 g of dibutyl phosphate stopped and heated to 80 ° C.
Anschließend werden innerhalb 20 Minuten portionsweise insgesamt 350 g (3,09 Mol) festes ε-Caprolactam zugegeben, wobei die Temperatur der viskosen Reaktionsmischung nach und nach bis auf 140°C gesteigert wird.Then within 20 minutes in portions a total of 350 g (3.09 mol) of solid ε-caprolactam added, the temperature of the viscous Reaction mixture is gradually increased to 140 ° C.
Nachdem ein NCO-Wert von 0,40% gemessen werden konnte, wir die flüssige Schmelze zum Erstarren auf ein Blech gekippt.After an NCO value of 0.40% could be measured, we measured the liquid Melt tipped to solidify on a sheet.
Das schwach gelbe, klare Festharz hat folgende Daten:The pale yellow, clear solid resin has the following data:
3500 g H₆-TDI werden mit 50 ppm Ionol (Lichtschutzmittel) versetzt und unter Vakuum mehrmals entgast und mit Stickstoff belüftet.3500 g of H₆-TDI are mixed with 50 ppm of ionol (light stabilizer) and under Vacuum degassed several times and aerated with nitrogen.
Unter einem schwachen Stickstoffstrom werden bei 55°C dann 113,8 g Butandiol- 1.3 zudosiert und 0,5 Stunden verrührt. Das NCO/OH-Äquivalentverhältnis beträgt 15,4 : 1 und der theroretische Urethangehalt (59 g/mol) liegt bei 4,1%.113.8 g of butanediol are then added at 55 ° C. under a gentle stream of nitrogen. 1.3 metered and stirred for 0.5 hours. The NCO / OH equivalent ratio is 15.4: 1 and the theoretical urethane content (59 g / mol) is 4.1%.
Der Brechungsindex der urethanisierten Lösung in überschüssigem H₆-TDI beträgt nD (23°C) = 1,4775 (entsprechend 42,3% NCO).The refractive index of the urethanized solution in excess H₆-TDI is n D (23 ° C) = 1.4775 (corresponding to 42.3% NCO).
Ein kleiner Teil des Ansatzes wird, wie in Beispiel 1a beschrieben, gedünn schichtet und das erhaltene feste, farblose Urethanharz auf der Basis von H₆-TDI hat folgende Kenndaten:A small part of the batch is thinned as described in Example 1a layers and the resulting solid, colorless urethane resin based on H₆-TDI has the following characteristics:
Der verbleibende Teil des obigen Ansatzes wird bei 60°C durch portionsweise Zugabe von insgesamt 733,1 g einer 0,5%igen Triton B-Lösung, die durch Ver dünnen einer 40%igen methanolischen Stammlösung mit 724 g Butandiol-1,3 her gestellt worden ist, innerhalb eines Zeitraums von 27 Stunden kontinuierlich um gesetzt. Das NCO/OH-Äquivalentverhältnis der katalysierten Reaktion liegt bei 2,23 : 1 und der theoretische Gesamturethangehalt (59 g/mol) bei 25,4%.The remaining part of the above approach is at 60 ° C by portions Add a total of 733.1 g of a 0.5% Triton B solution, which is replaced by Ver thin of a 40% methanolic stock solution with 724 g of 1,3-butanediol continuously over a period of 27 hours set. The NCO / OH equivalent ratio of the catalyzed reaction is included 2.23: 1 and the theoretical total urethane content (59 g / mol) at 25.4%.
Nach Zugabe von 87,0 g der 0,5%igen Katalysatorlösung wird ein NCO-Gehalt von 29,3%, eine Viskosität (23°C) von 1 950 mPa·s, ein Gehalt an freiem H₆-TDI von 31,8% gemessen und aus dem GPC-Spektrum eine mittlere NCO- Funktionalität des Allophanatfestharzanteils von 3,9 bestimmt. After addition of 87.0 g of the 0.5% catalyst solution becomes an NCO content of 29.3%, a viscosity (23 ° C) of 1,950 mPa · s, a content of free H₆-TDI measured from 31.8% and from the GPC spectrum a mean NCO Functionality of Allophanatfestharzanteils of 3.9 determined.
Schließlich wird bei weiterer Katalysatorzugabe die Reaktionslösung viskoser, so daß nach und nach durch Zugabe eines Lösungsmittelgemisches aus Methoxy propylacetat/Xylol 1 : 1 eine gute Rührbarkeit gewährleistet wird.Finally, with further catalyst addition, the reaction solution is more viscous, so that gradually by adding a solvent mixture of methoxy propyl acetate / xylene 1: 1 ensures good stirrability.
Nach vollständiger Zugabe der angegebenen Katalysator-/Alkoholmenge und Ab stoppung mit 6,9 g Dibutylphosphat erhält man eine 70%ige Lösung eines Poly allophanatpolyisocyanatgemisches mit folgenden Kenndaten:After complete addition of the specified amount of catalyst / alcohol and Ab Stopping with 6.9 g of dibutyl phosphate gives a 70% solution of a poly allophanate polyisocyanate mixture with the following characteristics:
3500 g (19,44 mol) H₆TDI werden bei 50°C mit 588,6 g (4,52 mol) 2-Ethyl hexanol-1 versetzt und 1 Stunde unter einem schwachen Stickstoffstrom umge setzt. Das NCO/OH-Äquivalentverhältnis liegt bei 8,6 : 1, und der theoretische Urethangehalt beträgt 6,5%.3500 g (19.44 mol) of H₆TDI are at 50 ° C with 588.6 g (4.52 mol) of 2-ethyl hexanol-1 and vice versa under a gentle stream of nitrogen for 1 hour puts. The NCO / OH equivalent ratio is 8.6: 1, and the theoretical Urethane content is 6.5%.
Der titrimetisch bestimmte NCO-Wert nach der Vorurethanisierungsreaktion liegt bei 35,8% (Theorie: 35,30%).The titrimetically determined NCO value after the pre-urethanization reaction is at 35.8% (theory: 35.30%).
Anschließend werden innerhalb von 10 Minuten 0,53 g einer 5,70%igen Lösung von Trimethyibenzylammoniumfluorid in 2-Ethylhexanol-1 zudosiert. Die Mischung erreicht nach weiteren 7 Stunden Reaktionszeit bei 50°C einen NCO- Wert von 25,2% - entsprechend einem Gesamtumsatz von 45,9% bezogen auf das Ausgangsgemisch.Subsequently, within 10 minutes 0.53 g of a 5.70% solution of Trimethyibenzylammoniumfluorid in 2-ethylhexanol-1 metered. The After another reaction time of 7 hours at 50 ° C., the mixture reaches an NCO Value of 25.2% - corresponding to a total turnover of 45.9% based on the starting mixture.
Anschließend wird die Reaktion durch Zugabe von 0,02 g Bis-(2-ethylhexyl-)phos phorsäure abgestoppt. Das überschüssige monomere H₆-TDI wird, wie in Beispiel 1a beschrieben, bei 140°C/0,1 mbar abdestilliert. Subsequently, the reaction by adding 0.02 g of bis (2-ethylhexyl) phos phoric acid stopped. The excess monomeric H₆-TDI will, as in Example 1a, distilled off at 140 ° C / 0.1 mbar.
Das klare, farblose Polyallophanatpolyisocyanatgemisch weist folgende charakteristische Kenndaten auf:The clear, colorless polyallophanate polyisocyanate mixture has the following characteristic characteristics on:
Eine 90%ige Lösung des Harzes auf H₆-TDI-Basis in Ethylacetat hat folgende Kenndaten:A 90% solution of the H₆-TDI-based resin in ethyl acetate has the following Characteristics:
In einem 100 ml-Laborkolben wurden 40 g (0,22 mol) H₆-TDI (Brechungsindex nD (23°C): 1,4770) vorgelegt und 0,80 g (0,009 mol) N,N-Dimethylethanolamin bei 23°C zugegeben. Das NCO/OH-Äquivalentverhältnis beträgt 49,3 : 1, der theo retische Urethangehalt (59 g/mol) liegt bei 1,3%. Die Temperatur steigt infolge exothermer Reaktion auf 32°C an.In a 100 ml laboratory flask 40 g (0.22 mol) of H₆-TDI (refractive index n D (23 ° C): 1.4770) were initially charged and 0.80 g (0.009 mol) of N, N-dimethylethanolamine at 23 ° C added. The NCO / OH equivalent ratio is 49.3: 1, and the theoretical urethane content (59 g / mol) is 1.3%. The temperature increases due to exothermic reaction to 32 ° C.
Bei 40°C wurde dann noch ca. 4 Stunden weitergerührt bis ein Brechungsindex nD (23°C) = 1,4923, entsprechend einer 30%igen Umsetzung gemessen werden konnte. Die Reaktion wurde dann durch Zugabe von 12,5 g Benzoylchlorid ab gestoppt. At 40 ° C was then stirred for about 4 hours until a refractive index n D (23 ° C) = 1.4923, corresponding to a 30% conversion could be measured. The reaction was then stopped by adding 12.5 g of benzoyl chloride.
Die abgestoppte Lösung des Polyallophanatpolyisocyanatgemisches wurde in einer Mikrodestille von überschüssigem Monomeren bei 140°C und 0,1 mbar befreit.The stopped solution of Polyallophanatpolyisocyanatgemisches was in a Microdestillus of excess monomer at 140 ° C and 0.1 mbar freed.
Das erhaltene gelbliche Festharz hat folgende Kenndaten:The resulting yellowish solid resin has the following characteristics:
In einem 100 ml-Laborkolben werden 80 g (0,44 mol) H₆-TDI vorgelegt. An schließend werden 2,4 g (0,04 mol) Isopropanol zugesetzt und 1,5 Stunden bei 40°C gerührt bis ein NCO-Gehalt von 42,7% gemessen wird. Das NCO/OH- Äquivalentverhältnis liegt bei 22 und der theoretische Urethangehalt (59 g/mol) beträgt 2,9%.In a 100 ml laboratory flask 80 g (0.44 mol) of H₆-TDI are submitted. to Finally, 2.4 g (0.04 mol) of isopropanol are added and 1.5 hours at 40 ° C stirred until an NCO content of 42.7% is measured. The NCO / OH Equivalent ratio is 22 and the theoretical urethane content (59 g / mol) is 2.9%.
Dann wird das Reaktionsgefäß mit einem Luftstrom, der so bemessen ist, daß ein leichter Luftüberschuß durch einen Blasenzähler aus dem Reaktionsgefäß ent weicht, beaufschlagt und anschließend werden 0,8 g (0,006 mol) Dimethylbenzyl amin zugesetzt.Then, the reaction vessel with an air flow, which is such that a slight excess of air through a bubble counter from the reaction vessel ent softened, charged and then 0.8 g (0.006 mol) of dimethylbenzyl added amine.
Nach einer leichten Exothermie steigt die Temperatur kurzfristig auf 43°C an, der Luftstrom durch das Reaktionsgefäß wird durch eine Stickstoffbeaufschlagung ersetzt und nach weiterer ca. 3-stündiger Reaktion ist ein Brechungsindex nD (23°C) = 1,5000 - entsprechend einem Umsatz von 70% - erreicht.After a slight exotherm, the temperature briefly rises to 43 ° C, the air flow through the reaction vessel is replaced by a nitrogen and after another reaction of about 3 hours a refractive index n D (23 ° C) = 1.5000 - corresponding to one Sales of 70% - reached.
Durch Zugabe von 4 g stark saurem Ionenaustauscher (Lewatit SPC 118 trocken) wird der Aminkatalysator weitgehend adsorbiert und nach Abfiltration eine klare, lagerstabile Polyallophanatpolyisocyanatlösung erhalten. Das überschüssige, mono mere H₆-TDI wurde in einer Mikrodestille bei 160°C und 0,5 mbar abgetrennt.By adding 4 g of strongly acidic ion exchanger (Lewatit SPC 118 dry) the amine catalyst is largely adsorbed and after filtration a clear, storage-stable Polyallophanatpolyisocyanatlösung. The excess, mono mere H₆-TDI was separated in a micro-still at 160 ° C and 0.5 mbar.
Das verbleibende schwach gelbe Festharz hat folgende Kenndaten:The remaining pale yellow solid resin has the following characteristics:
Aus den IR-Spektren:From the IR spectra:
In einem 5 l-Laborkolben wurden 3 000 g (16,7 mol) H₆-TDI vorgelegt, 67,5 g (0,75 mol) Butandiol-1,3 zudosiert und bei 40°C eine Stunde lang gerührt. Das NCO/OH-Äquivalentverhältnis liegt bei 22,3 und der theoretische Urethangehalt (59 g/mol) bei 2,9%.In a 5 l laboratory flask, 3000 g (16.7 mol) of H₆-TDI were initially charged, 67.5 g (0.75 mol) of 1,3-butanediol and stirred at 40 ° C for one hour. The NCO / OH equivalent ratio is 22.3 and the theoretical urethane content (59 g / mol) at 2.9%.
Dann wird das Reaktionsgefäß wie in Beispiel 5a beschrieben mit Luft beaufschlagt und es werden 7,5 g (0,06 mol) Dimethylbenzylamin zudosiert. Die Temperatur steigt dabei infolge exothermer Reaktion auf 46°C an.Then the reaction vessel is filled with air as described in Example 5a charged and 7.5 g (0.06 mol) of dimethylbenzylamine are added. The Temperature rises due to exothermic reaction to 46 ° C.
Nach ca. 20 Minuten bei 40°C wird der Luftstrom durch einen Stickstoffstrom ersetzt, und die Reaktion wird noch 6 Stunden lang vervollständigt bis ein Brechungsindex nD (23°C) vom 1,4845 - entsprechend einem Umsetzungsgrad von 26% - erreicht ist.After about 20 minutes at 40 ° C, the air flow is replaced by a stream of nitrogen, and the reaction is completed for 6 hours until a refractive index n D (23 ° C) of 1.4845 - corresponding to a degree of conversion of 26% - is reached ,
Nach Abstoppung der Reaktion mit 23,2 g (0,11 mol) Dibutylphosphat wird das überschüssige monomere H₆-TDI über einen Kurzwegverdampfer bei 145°C/0,2 mbar abdestilliert.After stopping the reaction with 23.2 g (0.11 mol) of dibutyl phosphate is the excess monomeric H₆-TDI via a short-path evaporator at Distilled off 145 ° C / 0.2 mbar.
Das erhaltene Festharz weist folgende charakteristische Kenndaten auf:The resulting solid resin has the following characteristic characteristics:
Das Festharz wurde mit einer 1 : 1 Mischung aus Solventnaphta/Butylacetat zu einer 65%igen Lösung konfektioniert und zusätzlich mit 50 ppm Dibutylphosphat stabilisiert.The solid resin was added with a 1: 1 mixture of solvent naphtha / butyl acetate a 65% solution and additionally with 50 ppm dibutyl phosphate stabilized.
Eine analog wie in Beispiel 1b durchgeführte lacktechnische Prüfung des Polyallo phanatpolyisocyanatgemisches aus Beispiel 5b ergab hinsichtlich Trocknungsver halten, Lösungsmittelbeständigkeiten, Pendelhärte und Standzeiten gleiches Niveau.An analogous as in Example 1b carried out paint inspection of Polyallo phanatpolyisocyanatgemisches from Example 5b resulted in Trocknungsver solvent resistance, pendulum hardness and service life are the same Level.
73,8 g (0,44 mol) HDI wurden in einem Laborkolben vorgelegt und 2,4 g (0,04 mol) Isopropanol dazugegeben. Nach 2 Stunden bei 40°C wurde ein NCO- Gehalt von 46,6% bestimmt. Das NCO/OH-Verhältnis liegt bei 22 : 1, und der theoretische Urethangehalt beträgt 3,1%. Nach Beaufschlagung des Reaktions gefäßes mit einem schwachen Luftstrom werden 0,8 g (0,006 mol) Dimethyl benzylamin zugesetzt. 73.8 g (0.44 mol) of HDI were placed in a laboratory flask and 2.4 g (0.04 mol) of isopropanol. After 2 hours at 40 ° C, an NCO Content of 46.6% determined. The NCO / OH ratio is 22: 1, and the theoretical urethane content is 3.1%. After exposure to the reaction Vessels with a weak stream of air are 0.8 g (0.006 mol) of dimethyl added benzylamine.
Selbst nach mehrstündigem Rühren bei 40°C und portionsweisem Nach katalysieren mit weiteren insgesamt 0,8 g Dimethylbenzylamin, sowie Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 50°C wurde kein Umsatz beobachtet.Even after several hours of stirring at 40 ° C and portionwise Nach catalyze with a further total of 0.8 g dimethylbenzylamine, and increase the reaction temperature to 50 ° C, no conversion was observed.
In einem 500 ml-Laborkolben werden 246 g (1,37 mol) H₆-TDI auf 60°C gebracht und mit 5,6 g (0,062 M) Butandiol-1,3 bei 90°C bis zu einem titrierten NCO-Wert von 43,5% umgesetzt. Das NCO/OH-Verhältnis liegt bei 22 : 1 und der theore tische Urethangehalt (59 g/mol) bei 2,9%.In a 500 ml laboratory flask, 246 g (1.37 mol) of H₆-TDI are brought to 60 ° C. and with 5.6 g (0.062 M) of 1,3-butanediol at 90 ° C to a titrated NCO value of 43.5% implemented. The NCO / OH ratio is 22: 1 and the theore urethane content (59 g / mol) at 2.9%.
Anschließend werden zu dem vorurethanisierten Gemisch unter einem Stick stoffstrom 10 g (0,06 mol) Hexamethyldisilazan zugegeben, wobei die Temperatur infolge einer exothermen Reaktion bis auf 95°C ansteigt.Subsequently, to the vorurethanisierte mixture under a stick stream 10 g (0.06 mol) of hexamethyldisilazane was added, the temperature increases up to 95 ° C due to an exothermic reaction.
Bei dieser Temperatur wird die Reaktion nach 3 Stunden bei einem NCO-Wert von 39,4% durch Zugabe von 0,5 g (0,03 mol) Wasser beendet. Der 30 Minuten nach der Abstoppung gemessene NCO-Wert liegt bei 38,7% und bleibt konstant.At this temperature, the reaction becomes an NCO value after 3 hours of 39.4% by adding 0.5 g (0.03 mol) of water. The 30 minutes NCO value measured after stopping is 38.7% and remains constant.
Das überschüssige monomere H₆-TDI wird über einen Labor-Kurzwegverdampfer bei 155°C/0, 1 mbar aus der Rohlösung entfernt.The excess monomeric H₆-TDI is transferred via a laboratory short-path evaporator at 155 ° C / 0, 1 mbar removed from the crude solution.
Das gewonnene klare, nahezu farblose Festharz hat folgende charakteristische Kenndaten:The clear, almost colorless solid resin obtained has the following characteristic Characteristics:
Die Farbzahl der 80%igen Festharzlösung läßt sich - wie in Beispiel 1a be schrieben - durch Zugabe von 100 ppm Butanonperoxid auf 10 APHA verbessern.The color number of the 80% solid resin solution can be - as in Example 1a be - improve by addition of 100 ppm of butanone peroxide to 10 APHA.
In einem 1 l-Laborkolben werden 400 g (2,22 mol) H₆-TDI (Brechungsindex bei 23°C: 1,4770) vorgelegt und mit 2,4 g (0,027 mol) Butandiol-1,3 bei 40°C ca. 1 Stunde umgesetzt. Das NCO/OH-Verhältnis liegt bei 83 : 1 und der theoretische Urethangehalt (59 g/mol) bei 0,8%.In a 1 liter laboratory flask, 400 g (2.22 mol) of H₆-TDI (refractive index at 23 ° C: 1.4770) and with 2.4 g (0.027 mol) of 1,3-butanediol at 40 ° C approximately. 1 hour implemented. The NCO / OH ratio is 83: 1 and the theoretical Urethane content (59 g / mol) at 0.8%.
Anschließend werden 36 g sorgfältig getrocknete Perlen des Ionenaustauschers Lewatit® MP 600 (4,5 mEq funktionelle Katalysatorgruppen/g Polymer) dazu gegeben und unter Rühren aufsuspendiert.Subsequently, 36 g of carefully dried beads of the ion exchanger Lewatit® MP 600 (4.5 meq functional catalyst groups / g polymer) added and suspended with stirring.
Nach ca. 7-stündigem Rühren wurde ein Brechungsindex von 1,4860 - entspre chend einem 29%igen Umsetzungsgrad - bestimmt.After about 7 hours of stirring, a refractive index of 1.4860 - was at a 29% conversion rate.
Nach Abfiltration der Ionenaustauschperlen wurde die Rohlösung mit 300 ppm Dibutylphosphat nachstabilisiert, und das überschüssige H₆-TDI über einen Labor kurzwegverdampfer bei 145°C/0,1 mbar abdestilliert.After filtration of the ion exchange beads, the crude solution was 300 ppm Stabilized dibutyl phosphate, and the excess H₆-TDI through a laboratory short-path evaporator distilled off at 145 ° C / 0.1 mbar.
Das gewonnene gelbe Festharz weist folgende Daten auf:The recovered yellow solid resin has the following data:
Claims (5)
A für einen Rest steht, wie er durch Entfernung der OH-Gruppen aus einer x-wertigen organischen Hydroxylverbindungen erhalten wird,
R₁ für einen Rest steht, wie er durch Entfernung der Isocyanatgruppen aus einem Diisocyanat R₁(NCO)₂ erhalten wird,
n bezeichnet die Anzahl NCO-Äquivalente der eingesetzten Diiso cyanatkomponenten
x bezeichnet die Anzahl OH-Äquivalente der eingesetzten Hydroxyl komponenten,
y=x-n bezeichnet den Anteil gegebenenfalls nicht umgesetzter Hydroxylgruppen und beträgt O y 4,
n-x+y steht für die Anzahl NCO-Gruppen der Urethane und beträgt max. 4,
und wobei ein NCO/OH-Verhältnis von 0,5 : 1 bis 200 : 1 gewählt werden kann und der Gehalt an Urethan- (59 g/mol) bzw. den entsprechenden isomeren cyclischen Allophanatgruppen (101 g/mol) zwischen 0,05 bis 48 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Reaktionsmasse beträgt, und wobei im Anschluß oder gleichzeitig mit der Urethanisierungsreaktion in einem stöchiometrischen Überschuß von NCO/OH-Gruppen (bezogen auf die eingesetzte Menge an Hydroxylverbindung) vom 1,05 : 1 bis 200 : 1, gegebenenfalls in Anwesenheit von Luft durch Zugabe von 0,00005- 10 Gew.-% eines monomeren oder an einer schwerlöslichen Matrix ionisch oder bevorzugt kovalent gebundenen basischen Katalysators, der gegebe nenfalls über kovalent gebundene Hydroxylgruppen verfügt, eine weiter gehende Polyadditionsreaktion erfolgt, die zu Polyallophanatpolyisocya naten mit einem Gehalt an Allophanatgruppen zwischen 2-55 Gew.-% der Formel führt, wobei auch Gemische der Strukturen (III) und (IV) auftreten können und m eine Zahl < 1,05 und p 0 sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Polyallophanatpolyisocyanatgemische
- - weniger als 10 Gew.-% an weitgehend isocyanatgruppenfreien schwerlöslischen heterocyclischen Polyamid- 1.1-Verbindungen aufweisen,
- - ihre mittlere NCO-Funktionalität oberhalb 2,1 liegt,
- - weniger als 10 Gew.-% Isocyanuratstrukturen auf Basis cycloalipha tischer Alkyl-1,3-Diisocyanate enthalten,
- - und der Gehalt an monomeren Ausgangsdiisocyanat weniger als 2 Gew.-% beträgt.
A is a radical obtained by removal of the OH groups from an x-valent organic hydroxyl compound,
R₁ is a radical as obtained by removal of the isocyanate groups from a diisocyanate R₁ (NCO) ₂,
n denotes the number of NCO equivalents of the diisocyanate cyanatkomponenten used
x denotes the number of OH equivalents of the hydroxyl components used,
y = xn denotes the proportion of optionally unreacted hydroxyl groups and is O y 4,
n-x + y stands for the number of NCO groups of the urethanes and is max. 4,
and wherein an NCO / OH ratio of 0.5: 1 to 200: 1 can be selected and the content of urethane (59 g / mol) or the corresponding isomeric cyclic allophanate groups (101 g / mol) between 0.05 to 48 wt .-%, based on the reaction mass used, and wherein, following or simultaneously with the urethanization reaction in a stoichiometric excess of NCO / OH groups (based on the amount of hydroxyl compound used) of 1.05: 1 to 200 : 1, optionally in the presence of air by addition of 0.00005-10 wt .-% of a monomeric or sparingly soluble matrix ionically or preferably covalently bound basic catalyst, where appropriate, has covalently bonded hydroxyl groups, a further polyaddition reaction takes place, to Polyallophanatpolyisocya data containing allophanate groups between 2-55 wt .-% of the formula leads, wherein mixtures of structures (III) and (IV) may occur and m is a number <1.05 and p 0, characterized in that these Polyallophanatpolyisocyanatgemische
- have less than 10% by weight of substantially isocyanate-group-free heavy-soluble heterocyclic polyamide-1,1-compounds,
- their mean NCO functionality is above 2.1,
- contain less than 10% by weight of isocyanurate structures based on cycloaliphatic alkyl-1,3-diisocyanates,
- - And the content of monomeric starting diisocyanate less than 2 wt .-% is.
dadurch gekennzeichnet, daß die entstandenen Polyallophanatpolyisocyanat gemische
- - weniger als 10 Gew.-% an weitgehend isocyanatgruppenfreien, schwerlöslichen heterocyclischen Polyamid 1,1-Verbindungen auf weisen,
- - ihre mittlere NCO-Funktionalität oberhalb 2,1 liegt,
- - weniger als 10 Gew.-% Isocyanuratstrukturen auf Basis (cyclo-)ali phatischer Alkyl-1,3-Diisocyanate enthalten.
characterized in that the resulting Polyallophanatpolyisocyanat mixtures
- have less than 10% by weight of substantially isocyanate-group-free, sparingly soluble heterocyclic polyamide-1,1-compounds,
- their mean NCO functionality is above 2.1,
- - Containing less than 10 wt .-% isocyanurate based on (cyclo) aliphatic alkyl-1,3-diisocyanates.
- - weniger als 10 Gew.-% an weitgehend isocyanatgruppenfreien schwerlöslischen heterocyclischen Polyamid-1.1-Verbindungen auf weisen,
- - ihre mittlere NCO-Funktionalität oberhalb 2,1 liegt,
- - und weniger als 10 Gew.-% Isocyanuratstrukturen auf Basis cycloali phatischer Alkyl-1,3-Diisocyanate enthalten.
- have less than 10% by weight of substantially isocyanate-group-free heavy-soluble heterocyclic polyamide-1,1-compounds,
- their mean NCO functionality is above 2.1,
- - And less than 10 wt .-% isocyanurate structures based on cycloaliphatic alkyl-1,3-diisocyanates.
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| DE19644932A DE19644932A1 (en) | 1996-04-26 | 1996-10-29 | Base-catalysed reaction of 1,3-di:isocyanato alkyl cycloalkane |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2000012578A1 (en) * | 1998-08-29 | 2000-03-09 | Basf Coatings Ag | Oligomeric and high-molecular conversion products of allophanic acid esters with nucleophilic compounds and low-molecular, oligomeric and high-molecular compounds with allophanate side and/or terminal groups, and the use thereof |
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- 1996-10-29 DE DE19644932A patent/DE19644932A1/en not_active Withdrawn
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