DE102006054678A1 - Aqueous polyurethane dispersion, process for its preparation and its use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft wässrige Polyurethandispersyurethans, das ein Reaktionsprodukt mindestens eines aliphatischen Polyisocyanats, mindestens eines Polyols und mindestens einer dihydroxyfunktionellen Carbonsäure ist, wobei das Polyurethan als weitere Aufbaukomponente eine gesättigte Monocarbonsäure mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält, die außer der Säuregruppe keine weiteren funktionellen Gruppen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung der Polyurethandispersionen als Klebstoff, als Bindemittel für Lacke, als Versiegelungsmittel im Bautenschutz und zur Versiegelung von Holzoberflächen und allgemein als Beschichtungsmittel.The invention relates to aqueous Polyurethanandispersyurethans, which is a reaction product of at least one aliphatic polyisocyanate, at least one polyol and at least one dihydroxy-functional carboxylic acid, wherein the polyurethane contains as a further structural component a saturated monocarboxylic acid having 4 to 18 carbon atoms, which has no further functional groups in addition to the acid group. Furthermore, the invention relates to a process for the preparation and use of the polyurethane dispersions as an adhesive, as a binder for paints, as a sealant in building protection and for the sealing of wood surfaces and generally as a coating agent.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Polyurethandispersion, die als Bindemittel ein Salz eines Polyurethans enthält, das ein Reaktionsprodukt mindestens eines aliphatischen Polyisocyanats, mindestens eines Polyols und mindestens einer dihydroxyfunktionellen Carbonsäure ist.The The present invention relates to an aqueous polyurethane dispersion, which contains as a binder a salt of a polyurethane, the a reaction product of at least one aliphatic polyisocyanate, at least one polyol and at least one dihydroxyfunctional carboxylic acid is.
Wässrige Polyurethandispersionen werden als Klebstoffe, Bindemittel für Lacke, Versiegelungsmittel im Bautenschutz und zur Versiegelung von Holzoberflächen verwendet.Aqueous polyurethane dispersions are used as adhesives, binders for paints, sealants in Building protection and used for sealing wooden surfaces.
Klebstoffe
auf Polyurethanbasis sind beispielsweise aus der internationalen
Patentanmeldung
Sie eignen sich insbesondere zur Herstellung von Haushaltsklebern, die auch Vielzweckkleber oder auch Alleskleber genannt werden. Diese haben den Zweck, eine Vielzahl im Haushalt vorkommender Substrate (Papier, Pappe, Fotos, Textilien, Leder, Filz, Bast, Kork, Folien, Metalle, wie Aluminium und Eisen, Porzellan, Keramik, Glas, Holz, verschiedene Kunststoffe, wie auch z. B. Polystyrolschäume) zu verkleben. Dabei wird erwartet, daß auf dieser Vielzahl von Substraten, die sich in ihrer Oberflächenstruktur chemisch und physikalisch unterscheiden, und die üblicherweise vor dem Verkleben keiner speziellen Oberflächenbehandlung unterzogen werden, ausreichenden Haftwirkung einstellt.she are particularly suitable for the production of household adhesives, the Also called multi-purpose adhesive or all-purpose adhesive. These have the purpose of a variety of household occurring substrates (Paper, cardboard, photos, textiles, leather, felt, bast, cork, foils, Metals, such as aluminum and iron, porcelain, ceramics, glass, wood, various plastics, as well as z. B. polystyrene foams) too stick together. It is expected that on this variety of substrates, which are in their surface structure chemically and physically different, and usually do not undergo any special surface treatment before bonding, sufficient adhesive effect sets.
Die Forderung nach Universalität stellt für einen Klebstoff ein besonders hartes Auswahlkriterium dar. Sie bedeutet letztendlich, daß die Klebstoffmoleküle zu polaren wir unpolaren Grenzflächen in gleicher Weise hohe Affinität aufweisen müssen. Die Aussage, daß eine bestimmte Substanz als Klebstoff geeignet ist, gibt daher für den Fachmann noch keinen Hinweis, ob sie auch als Haushaltsalleskleber eingesetzt werden kann.The Demand for universality represents for An adhesive is a particularly hard selection criterion. It means ultimately that the adhesive molecules to polar we have nonpolar interfaces in the same way high affinity must have. The statement that one certain substance is suitable as an adhesive, therefore, gives the skilled person still no indication, whether they are also used as a household adhesive can be.
Neben der Forderung nach Universalität besteht bei Haushaltsallesklebern auch der Wunsch, geruchsneutrale, lösemittelfreie, physiologisch unbedenkliche, transparente klare, wässrige Formulierungen zu erreichen. Diese Formulierungen sollen jedoch gleichzeitig zu Klebstoffen führen, deren getrocknete Filme wiederum über eine gewisse Wasserfestigkeit verfügen. Darüber hinaus sollen diese wasserbasierten Klebstoffe auch in der Lage sein, schwierig klebbare Substrate, wie Kunststoffe, zu binden.Next the demand for universality In the case of household adhesives, there is also a desire to be odorless, solvent-free, physiologically harmless, transparent clear, aqueous formulations to reach. However, these formulations are intended to simultaneously Lead adhesives, their dried films in turn have a certain water resistance feature. About that In addition, these water-based adhesives are also capable of be difficult to bind adhesive substrates such as plastics.
Polyurethandispersionen können nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren aus difunktionellen Isocyanaten, wie Isophorondiisocyanat, meta-Tetramethylxylylendiisocyanat oder Methylen-bis-(4-isocyanatocyclohexan) hergestellt werden. Diese Diisocyanate werden mit Polyolen wie beispielsweise Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polycarbonatpolyolen, fettchemischen Polyolen etc. bzw. Mischungen dieser Polyole nach entsprechender Entwässerung mit kurzkettigen Diisocynanaten und Dimethylolpropionsäure als weitere Komponte unter Einsatz von Lösemitteln bzw. Hochsiedern wie Aceton, Methylethylketon, N-Methlypyrollidon-2-on etc. umgesetzt. Nach Erreichen eines bestimmten Gehalts an Isocyanat wird das erhaltene Präpolymer in Wasser neutralisiert. Hierzu werden verschiedene alkalische Verbindungen wie z. B. Amine, z. B. Dimethlyethanolamin, Laugen, Ammoniaklösung herangezogen. Nach Neutralisation wird dann das eingesetzte Lösemittel durch Destillation aus dem Prozeß zurückgewonnen oder verbleibt bei Verwendung von sogenannten Hochsiedern im Produkt, wie dies beispielsweise bei der Verwendung von N-Methylpyrrolidin-2-on der Fall ist. Eine andere Möglichkeit ist die Herstellung der Polyurethandispersionen über sogenannte Polymerisationsemulgatoren bzw. sogenannte externe Emulgatoren. Durch diese Verfahren werden allerdings aufgrund der Teilchengröße nicht opake Lösungen, sondern eben entsprechend der Teilchengröße meist milchig-weiße oder beige Dispersionen gewonnen. Durch diese Verfahren werden aber keine echten Lösungen erzielt. Dies gilt ebenfalls für die Hydrosole. Hierbei handelt es sich um eine Bezeichnung für Stoffe, die in besonders feiner Verteilung in Wasser als Disperisonsmittel der äußeren Phase vorliegen. Häufig werden sie auch „kolloidale Dispersionen" genannt, was bedeutet, daß sich Hydrosole von der Teilchengröße her schon beinahe echten Lösungen annähern bzw. es sich um feinstteilige Dispersionen handelt. Wegen ihrer Feinteiligkeit werden Hydrosole insbesondere für unpigmentierte, tief eindringende Grundierungs- und Verfestigungsmittel verwendet, wobei sie als Alternative zu echten Lösungen gelten können. Vorteilhaft ersetzt dabei Wasser die brennbaren und geruchlich häufig als lästig empfundenen Lösemittel. Lösemittel sind leicht flüchtig und werden deshalb von den lösemittelhaltigen Produkten im Wohnbereich an die Raumluft abgegeben. Hohe Konzentrationen von Lösemitteln in der Luft kann man in vielen Fällen riechen, z. B. beim Lackieren mit lösemittelhaltigen Lacken oder beim Reinigen mit Brennspiritus oder Waschbenzin. Allgemein wirken Lösemittel narkotisch oder berauschend. Sie können das Zentralnervensystem, Leber und Nieren schädigen. Es können Kopfschmerzen, Übelkeit und Müdigkeit auftreten. Einige Lösemittel stehen im Verdacht, Krebs zu erzeugen und bei Schwangeren fruchtschädigend zu wirken.polyurethane dispersions can according to the methods known in the art from difunctional Isocyanates, such as isophorone diisocyanate, meta-tetramethylxylylene diisocyanate or methylene bis (4-isocyanatocyclohexane) getting produced. These diisocyanates are treated with polyols such as Polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, oleochemicals Polyols etc. or mixtures of these polyols according to appropriate drainage with short-chain diisocyanates and dimethylolpropionic acid as further Component using solvents or high boilers such as acetone, methyl ethyl ketone, N-methylpyrollidone-2-one, etc. implemented. After reaching a certain content of isocyanate, the resulting prepolymer neutralized in water. For this purpose, various alkaline compounds such as B. amines, for. As dimethlyethanolamine, alkalis, ammonia solution used. After neutralization, the solvent used is then by distillation recovered from the process or remains when using so-called high boilers in the product, as for example when using N-methylpyrrolidin-2-one of Case is. Another possibility is the preparation of the polyurethane dispersions via so-called polymerization emulsifiers or so-called external emulsifiers. Through these procedures will be however, due to the particle size, not opaque solutions, but just according to the particle size mostly milky white or won beige dispersions. By these methods but no real solutions. This also applies to the hydrosols. This is a name for substances in particularly fine distribution in water as Disperisonsmittel the outer phase available. Often they also become "colloidal Called dispersions ", which means that yourself Hydrosols are already close in particle size real solutions approach or it is very finely divided dispersions. Because of her Fine particles are hydrosols especially for unpigmented, deeply penetrating Primers and solidifiers used as an alternative to real solutions can apply. Advantageously, water replaces the flammable and odoriferous often bothersome perceived solvents. solvent are easily volatile and are therefore of the solvent-containing Products in the living area delivered to the room air. High concentrations of solvents in the air you can in many cases smell, z. B. when painting with solvent-based paints or when cleaning with methylated spirits or benzine. Acting generally solvent narcotic or intoxicating. You can use the central nervous system, Damage liver and kidneys. It can Headache, nausea and tiredness occur. Some solvents are suspected of causing cancer and are harmful to pregnancy in pregnant women Act.
Bisher konnten also wässrige, klare Polyurethandispersionen nur unter Verwendung von organischen Lösemitteln hergestellt werden, die nach der Überführung des Polymers in ein alkalisch wässriges Medium durch thermische Trennung wieder gewonnen werden mußten. Bei Verwendung von sogenannten Hochsiedern verblieben diese nachteilig in den fertigen Polyurethandispersionen.So far could watery, clear polyurethane dispersions only using organic solvents are prepared after the conversion of the polymer into an alkaline aqueous Medium had to be recovered by thermal separation again. at Use of so-called high boilers remained this disadvantageous in the finished polyurethane dispersions.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, besonders feinteilige wässrige Polyurethandispersionen zur Verfügung zu stellen, die ohne Verwendung von organischen Lösemitteln hergestellt werden können.It Object of the present invention, particularly finely divided aqueous polyurethane dispersions for disposal to provide, without the use of organic solvents can be produced.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann durch den Zusatz von monofunktionellen gesättigten Fettsäuren bei der Herstellung der Polyurethandispersionen.Surprisingly it was found that these Task solved can be saturated by the addition of monofunctional fatty acids in the preparation of the polyurethane dispersions.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist daher eine wässrige Polyurethandispersion der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Polyurethan als weitere Aufbaukomponente eine gesättigte Monocarbonsäure mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält, die außer der Säuregruppe keine weiteren funktionellen Gruppen aufweist.object The present application is therefore an aqueous polyurethane dispersion of the type mentioned, which is characterized in that the polyurethane as a further structural component with a saturated monocarboxylic acid Contains 4 to 18 carbon atoms, the except the acid group has no further functional groups.
Die erfindungsgemäße Polyurethandispersion kann nicht nur unter Verzicht auf organische Lösemittel hergestellt werden, sie weist vielmehr auch als kolloidale Polyurethanlösung eine sehr niedrige Viskosität auf. Hierdurch wird ein hoher Füllgrad beispielsweise bei lacktechnischen Anwendungen ermöglicht.The Polyurethane dispersion according to the invention can not only be produced without organic solvents, rather, it also has a colloidal polyurethane solution very low viscosity on. This results in a high degree of filling For example, in paint applications allows.
Zwar
ist es aus der japanischen Patentveröffentlichung
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im besonderen Maße mit Monocarbonsäuren erzielt, die 4 bis 10 Kohlenstoffatomen enthalten.The Advantages of the present invention are achieved to a particular extent with monocarboxylic acids which Contain 4 to 10 carbon atoms.
Vorteilhaft ist die Monocarbonsäure in einem Anteil von 18 bis 26 Mol-% in dem Polyurethan enthalten. Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethandispersion einzusetzende Polyisocyanat weist vorteilhaft ein Molekulargewicht von 168 bis 262 Dalton und eine NCO-Funktionalität von 1,8 bis 2,2 auf.Advantageous is the monocarboxylic acid in a proportion of 18 to 26 mol% in the polyurethane. The to be used for the production of the polyurethane dispersion according to the invention Polyisocyanate advantageously has a molecular weight of 168 to 262 daltons and an NCO functionality of 1.8 to 2.2.
Geeignete Polyisocyanate sind die difunktionellen Polyisocyanate wie HDI, MDI.suitable Polyisocyanates are the difunctional polyisocyanates such as HDI, MDI.
Bevorzugtes Polyisocyanat ist TMXDI und besonders bevorzugt ist IPDI.preferred Polyisocyanate is TMXDI, and particularly preferred is IPDI.
Die bevorzugte dihydroxyfunktionelle Carbonsäure ist Dimethylolpropionsäure.The preferred dihydroxy-functional carboxylic acid is dimethylolpropionic acid.
Das Salz des Polyurethans ist in der wässrigen Polyurethandispersion vorteilhaft in einem Anteil von 20 bis 60 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion enthalten, bevorzugt ist ein Anteil von 30 bis 40 Gew.-%.The Salt of the polyurethane is in the aqueous polyurethane dispersion advantageously in a proportion of 20 to 60 wt .-% based on the Contain total weight of the dispersion, a proportion is preferred from 30 to 40% by weight.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Polyurethandispersion, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein aliphatisches Polyisocyanat, mindestens ein Polyol, mindestens eine dihydroxyfunktionelle Carbonsäure und eine gesättigte Monocarbonsäure mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen zu einem Polyurethan umgesetzt werden und das erhaltene Produkt mit einer wässrigen Lösung einer Base zu einer wässrigen Dispersion verarbeitet wird.The Invention also relates to a process for the preparation of a polyurethane dispersion according to the invention, which is characterized in that at least one aliphatic Polyisocyanate, at least one polyol, at least one dihydroxyfunktionelle carboxylic acid and a saturated one Monocarboxylic acid be reacted with 4 to 18 carbon atoms to a polyurethane and the resulting product with an aqueous solution of a base to an aqueous Dispersion is processed.
Bei dem Verfahren werden vorteilhaft a) 35 bis 45 Mol-% Polyisocyanat, b) 15 bis 19 Mol-% Polyol, c) 20 bis 25 Mol-% dihydroxyfunktionelle Carbonsäure und d) 18 bis 26 Mol-% gesättigte Monocarbonsäure miteinander umgesetzt.at the process advantageously a) 35 to 45 mol% of polyisocyanate, b) 15 to 19 mol% polyol, c) 20 to 25 mol% dihydroxyfunktionelle carboxylic acid and d) 18 to 26 mol% saturated Monocarboxylic acid implemented together.
Vorteilhaft wird eine Monocarbonsäure mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit 8 Kohlenstoffatomen eingesetzt.Advantageous becomes a monocarboxylic acid with 4 to 10 carbon atoms, more preferably with 8 carbon atoms used.
Als Polyisocyanat wird vorteilhaft ein solches mit einem Molekulargewicht von 168 bis 262 Dalton und einer NCO-Funktionalität von 1,8 bis 2,2, bevorzugt m-Tetramethylxylylendiisocyanat und Isophorondiisocyanat bei dem Verfahren eingesetzt. Besonders bevorzugt ist IPDI (Isophorondiisocyanat).As the polyisocyanate is advantageously one having a molecular weight of 168 to 262 daltons and an NCO functionality of 1.8 to 2.2, preferably m-tetramethylxylylene diisocyanate and isophorone diisocyanate used in the process. Particularly preferred is IPDI (isophorone diisocyanate).
Die bei dem Verfahren bevorzugte dihydroxyfunktionelle Carbonsäure ist Dimethylolpropionsäure.The in the process is preferred dihydroxy-functional carboxylic acid Dimethylolpropionic.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Polyurethandispersionen als Klebstoff, als Bindemittel für Lacke, als Versiegelungsmittel im Bautenschutz und zur Versiegelung von Holzoberflächen.The The invention also relates to the use of the polyurethane dispersions as an adhesive, as a binder for Paints, as sealants in building protection and sealing of wooden surfaces.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.in the Following, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments.
Beispiel 1:Example 1:
- a) Ansatz (Basis Polytetrahydrofuran 1000 (Handelsname: u. a. Terathane 1000, Lieferant DuPont), Dimethylolpropionsäure (Bis-MPA), Caprylsäure bzw. Octansäure (Handelsname: Edenor C 8 98–100, Lieferant Fa. Cognis) und Isophorondiisocyanat (IPDI) (Handelsname: u. a. Desmodur I, Lieferant Bayer AG)a) batch (based on polytetrahydrofuran 1000 (trade name: u. a. Terathane 1000, supplier DuPont), dimethylolpropionic acid (bis-MPA), caprylic or octanoic acid (trade name: Edenor C 8 98-100, Supplier Cognis) and isophorone diisocyanate (IPDI) (trade name: u. a. Desmodur I, supplier Bayer AG)
Für 300 g
Ansatz (Stufe 1) wurden folgende Einwaagen eingesetzt:
Für 366,85 g Ansatz (Stufe 2) wurden folgende Einwaagen eingesetzt:
- – 238,98 g entm. Wasser (188,98 g theoretisch)
- – 6,02 g 50 %ige NaOH (Überschuß von 10 % bezogen auf 105 g Präpolymer)
- – 121,85 g Präpolymer aus Stufe 1 (105 g theoretisch)
- - 238.98 g entm. Water (188.98 g theoretical)
- - 6.02 g of 50% NaOH (excess of 10% based on 105 g prepolymer)
- 121.85 g prepolymer from stage 1 (105 g theoretical)
Vorgehensweise:Method:
Stufe
1:
Stufe 2:Level 2:
- 1. Vorlage von 188,98 g Wasser und Natronlauge1. Prepare 188.98 g of water and caustic soda
- 2. Beginn der Heizphase auf 85 °C2. Start of the heating phase at 85 ° C
- 3. Portionsweise Zugabe des Präpolymers ab 85 °C3. Portionwise addition of the prepolymer from 85 ° C.
- 4. Kurz vor Ende der Zugabe des Präpolymers wurden zusätzlich 50 g entm. Wasser zugegeben4. Shortly before the end of the addition of the prepolymer, an additional 50 g entm. Water added
- 5. Nach Ende der Zugabe wurde 2 Stunden bei 85 °C nachgerührt5. After the addition was stirred at 85 ° C for 2 hours
Bemerkungen:Remarks:
Das Präpolymer war bei der Abfülltemperatur fließfähig.The prepolymer was at the filling temperature flowable.
Das Präpolymer ließ sich sehr gut in der Lauge dispergieren.The prepolymer let himself go disperse very well in the lye.
Ergebnisse:Results:
Die gebildete Dispersion ist opak und homogen.The The dispersion formed is opaque and homogeneous.
Der Film ist transparent in niedriger Schichtstärke bzw. leicht trüb in hoher Schichtstärke und dehnfähig.Of the Film is transparent in low layer thickness or slightly cloudy in high layer thickness and stretchy.
Der pH-Wert beträgt 7,85.Of the pH is 7.85.
Die Viskosität beträgt 16 mPa·s (Brookfield, Spindel 6, 100 U/min, 20 °C)The viscosity is 16 mPa · s (Brookfield, spindle 6, 100 rpm, 20 ° C)
Der Feststoffgehalt beträgt 22,20 %.Of the Solid content is 22.20%.
Die Zugscherfestigkeit an Buchesperrholz beträgt 1,14 N/mm2 (Geschw. 50 mm/min).The tensile shear strength of beech plywood is 1.14 N / mm 2 (speed 50 mm / min).
- b) Ansatz (Basis Polytetrahydrofuran 1000, Polycarbonatpolyol (Handelsname: Desmophen XP 2501, Lieferant Bayer AG), Dimethylolpropionsäure (Bis-MPA), Caprylsäure bzw. Octansäure und Isophorondiisocyanat (IPDI)b) batch (based on polytetrahydrofuran 1000, Polycarbonate polyol (trade name: Desmophen XP 2501, supplier Bayer AG), dimethylolpropionic acid (Bis-MPA), caprylic acid or octanoic acid and isophorone diisocyanate (IPDI)
Für 359,89
g Ansatz (Stufe 1) wurden folgende Einwaagen eingesetzt:
Für 308,42 g Ansatz (Stufe 2) wurden folgende Einwaagen eingesetzt:
- – 189,11 g entm. Wasser
- – 5,89 g 50 %ige NaOH (Überschuß von 10 % bezogen auf 105 g Präpolymer)
- – 113,42 g Präpolymer aus Stufe 1 (105 g theoretisch)
- - 189.11 g entm. water
- 5.89 g 50% NaOH (excess of 10% based on 105 g prepolymer)
- 113.42 g prepolymer from stage 1 (105 g theoretical)
Vorgehensweise:Method:
Stufe
1:
Stufe 2:Level 2:
- 1. Vorlage von entm. Wasser und Natronlauge1. presentation of entm. Water and caustic soda
- 2. Beginn der Heizphase auf 85 °C2. Start of the heating phase at 85 ° C
- 3. Portionsweise Zugabe des Präpolymers ab 85 °C3. Portionwise addition of the prepolymer from 85 ° C.
- 4. Nach Ende der Zugabe des Präpolymers wurde 2 Stunden bei 85 °C nachgerührt4. After the end of the addition of the prepolymer was at 2 hours 85 ° C stirred
- 5. Abkühlen auf Raumtemperatur.5. Cool down to room temperature.
Bemerkungen:Remarks:
Das Präpolymer war bei der Abfülltemperatur fließfähig.The prepolymer was at the filling temperature flowable.
Das Präpolymer ließ sich sehr gut in der Lauge dispergieren.The prepolymer let himself go disperse very well in the lye.
Ergebnisse:Results:
Die gebildete Dispersion ist opak und homogen.The The dispersion formed is opaque and homogeneous.
Der Film ist transparent und flexibel.Of the Film is transparent and flexible.
Der pH-Wert beträgt 7,01.Of the pH is 7.01.
Die Viskosität beträgt ca. 70 mPa·s (Brookfield, Spindel 6, 100 U/min, 20 °C)The viscosity is about 70 mPa · s (Brookfield, spindle 6, 100 rpm, 20 ° C)
Der Feststoffgehalt beträgt 36,50 %.Of the Solid content is 36.50%.
Die Zugscherfestigkeit an Buchesperrholz beträgt 3,81 N/mm2 (Geschw. 50 mm/min.)
- c) Ansatz (Basis Polytetrahydrofuran 1000, fettchemisches Polyesterdiol (Handelsname: Priplast 3192, Lieferant: Fa. Uniquema), Dimethylolpropionsäure (Bis-MPA), Caprylsäure bzw. Octansäure und Isophorondiisocyanat (IPDI)
- c) batch (based on polytetrahydrofuran 1000, fat-chemical polyesterdiol (trade name: Priplast 3192, supplier: Fa. Uniquema), dimethylolpropionic acid (bis-MPA), caprylic acid or octanoic acid and isophorone diisocyanate (IPDI)
Für 306,39
g Ansatz (Stufe 1) wurden folgende Einwaagen eingesetzt:
Für 301,42 g Ansatz (Stufe 2) wurden folgende Einwaagen eingesetzt:
- – 188,63 g entm. Wasser
- – 6,37 g 50 %ige NaOH (Überschuß von 10 % bezogen auf 105 g Präpolymer)
- – 106,42 g Präpolymer aus Stufe 1 (105 g theoretisch)
- - 188.63 g entm. water
- 6.37 g 50% NaOH (excess of 10% based on 105 g prepolymer)
- 106.42 g prepolymer from stage 1 (105 g theoretical)
Vorgehensweise:Method:
Stufe
1:
Stufe 2:Level 2:
- 1. Vorlage von entm. Wasser und Natronlauge1. presentation of entm. Water and caustic soda
- 2. Beginn der Heizphase auf 85 °C2. Start of the heating phase at 85 ° C
- 3. Portionsweise Zugabe des Präpolymers ab 85 °C3. Portionwise addition of the prepolymer from 85 ° C.
- 4. Nach Ende der Zugabe des Präpolymers wurde 2 Stunden bei 85 °C nachgerührt4. After the end of the addition of the prepolymer was at 2 hours 85 ° C stirred
- 5. Abkühlen auf Raumtemperatur5. Cool down to room temperature
Bemerkungen:Remarks:
Das Präpolymer war bei der Abfülltemperatur fließfähig.The prepolymer was at the filling temperature flowable.
Das Präpolymer ließ sich sehr gut in der Lauge dispergieren.The prepolymer let himself go disperse very well in the lye.
Beim Dispergierprozeß trat eine starke Viskositätserhöhung ein.At the Dispergierprozeß occurred a strong increase in viscosity.
Ergebnisse:Results:
Die gebildete Dispersion ist opak und homogen.The The dispersion formed is opaque and homogeneous.
Der Film ist transparent und flexibel.Of the Film is transparent and flexible.
Der pH-Wert beträgt 6,98.Of the pH is 6.98.
Die Viskosität beträgt 120 mPa·s (Brookfield, Spindel 6, 100 U/min, 20 °C).The viscosity is 120 mPa · s (Brookfield, spindle 6, 100 rpm, 20 ° C).
Der Feststoffgehalt beträgt 34,94 %.Of the Solid content is 34.94%.
Die Zugscherfestigkeit an Buchesperrholz beträgt 2,79 N/mm2 (Geschw. 50 mm/min).The tensile shear strength of beech plywood is 2.79 N / mm 2 (speed 50 mm / min).
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel):Example 2 (Comparative Example)
Das folgende Vergleichsbeispiel soll den aktuellen Stand der Technik verdeutlichen:
- a) Durchführung unter Verwendung von organischen Lösungsmitteln Ansatzgröße: 5362,84 g – 1 Mol Polyol (z.B. fettchemisches Polyesterdiol wie Priplast 3192 (CAS-Nummer: 171542-56-6, Lieferant:), Polyetherpolyole wie Polytetrahydrofuran (PTHF 1000), etc.)) und 2 Mol Dimethylolpropionsäure (DMPA) werden vorgelegt. Im Fall von Priplast 3192 würden dies 2003,57 g und von DMPA 268,28 g bedeuten. – Die Mischung wird in 2271,85 g 2-Butanon bzw. Ethylmethylketon (MEK) gelöst, dies entspricht 31,51 Mol. Natürlich können auch andere organische Verbindungen sprich konventionelle Lösungsmittel eingesetzt werden, diese dürfen allerdings nicht mit Isocyanaten reagieren. – Zusatz von 2,27 g Dibutylzinndilaurat als Katalysator, dies entspricht 0,006 Mol. – Die gesamte Mischung wird bei 60 °C homogenisiert. – Wenn die Mischung homogenisiert ist, werden innerhalb von 30 Minuten 638,59 g Isophorondiisocyanat (IPDI), dies entspricht 2,88 Mol, zugegeben. – Nach Beendigung der Zugabe des IPDI wird die Mischung für mindestens 12 Stunden bei 65 °C gerührt. – Nach den 12 Stunden werden dem Ansatz 178,28 g 2-(Dimethylamino)-ethanol, entspricht 2 Mol, zugesetzt und erneut 1 Stunde bei 65 °C gerührt. Das 2-(Dimethylamino)-ethanol dient zur Neutralisation des DMPA. – Anschließend wird zu dem Ansatz portionsweise entmineralisiertes Wasser hinzugegeben, bis der gewünschte Festkörper erreicht ist, z.B. 35 %. Dabei wird aus der Lösung eine Emulsion und schließlich eine Dispersion. – Zum Schluß wird unter vollem Vakuum und 40 °C per thermischen Trennverfahren z.B. mit Hilfe eines Dünnschichtverdampfers das eingesetzte organische Lösungsmittel, in dem Fall MEK, zurückgewonnen.
- b) Durchführung unter Verwendung eines sog. Hochsieders sprich N-Methyl pyrrolidin-2-on (NMP) Ansatzgröße: 5362,84 g – 0,36 Mol bzw. 726,13 g Polycaprolactondiol (Handelsname: Capa 2200, Lieferant: Fa. Solvay) und 0,08 Mol bzw. 241,86 g Polycaprolactondiol (Handelsname: Capa 2302, Lieferant: Fa. Solvay) werden bei 65 °C aufgeschmolzen und vorgelegt. – Zu der Mischung werden 1,28 Mol DMPA sprich 171,61 g hinzugegeben und gelöst – Nach dem Lösen des DMPA werden 4,85 Mol N-Methylpyrrolidin-2-on sprich 481,05 g hinzugegeben und homogenisiert. – Nach Homogenisierung werden 0,04 Mol 4,4'-Butyliden-bis-(6-tert-butyl-m-kresol) sprich 16,09 g (Handelsname: Santowhite BBMC, Lieferant: Flexsys Co) hinzugegeben und homogenisiert. Das Produkt dient als Antioxidationsmittel und erhöht die Temperaturstabilität der Dispersion. – Zusatz von 2,27 g Dibutylzinndilaurat als Katalysator, dies entspricht 0,006 Mol. – Wenn die Mischung homogenisiert ist werden innerhalb von 30 Minuten 3,26 Mol IPDI sprich 723,44 g zugegeben. – Nach Beendigung der Zugabe des IPDI wird die Mischung für mindestens 12 Stunden bei 65 °C gerührt. – Nach den 12 Stunden werden dem Ansatz 1,28 Mol 4-Methylmorpholin (NMM) sprich 129,24 g zugesetzt und erneut 1 Stunde bei 65 °C gerührt. Das NMM dient zur Neutralisation des DMPA. – Anschließend werden zu dem Ansatz 158,70 Mol sprich 2856,77 g entmineralisiertes Wasser portionsweise hinzugegeben und erneut 1 Stunde bei 65 °C gerührt. – Zu Stabilisierung der Dispersion werden 0,41 Mol 25 % ige Ammoniaklösung sprich 14,37 g zugesetzt und homogenisiert.
- a) Carrying out using organic solvents Batch size: 5362.84 g - 1 mol of polyol (eg oleochemical polyester diol such as Priplast 3192 (CAS number: 171542-56-6, supplier :), polyether polyols such as polytetrahydrofuran (PTHF 1000), etc. )) and 2 moles of dimethylolpropionic acid (DMPA) are presented. In the case of Priplast 3192 this would mean 2003.57 g and of DMPA 268.28 g. - The mixture is dissolved in 2271.85 g of 2-butanone or ethyl methyl ketone (MEK), this corresponds to 31.51 mol. Of course, other organic compounds that is conventional solvents can be used, but they must not react with isocyanates. - Addition of 2.27 g of dibutyltin dilaurate as a catalyst, this corresponds to 0.006 mol. - The entire mixture is homogenized at 60 ° C. - If the mixture is homogenized, 638.59 g of isophorone diisocyanate (IPDI), which corresponds to 2.88 mol, added within 30 minutes. - After completion of the addition of IPDI, the mixture is stirred for at least 12 hours at 65 ° C. After the 12 hours, 178.28 g of 2- (dimethylamino) ethanol, equivalent to 2 mol, are added to the mixture and stirred again at 65 ° C. for 1 hour. The 2- (dimethylamino) ethanol serves to neutralize the DMPA. - Subsequently, to the approach in portions demineralized water is added until the desired solids is reached, for example, 35%. This solution becomes an emulsion and finally a dispersion. - Finally, under full vacuum and 40 ° C by thermal separation process, for example with the aid of a thin-film evaporator, the organic solvent used, in the case of MEK, recovered.
- b) Carrying out using a so-called high boiler, ie N-methylpyrrolidin-2-one (NMP) batch size: 5362.84 g - 0.36 mol or 726.13 g polycaprolactone diol (trade name: Capa 2200, supplier: Solvay ) and 0.08 mol or 241.86 g of polycaprolactone diol (trade name: Capa 2302, supplier: Fa. Solvay) are melted at 65 ° C and submitted. - To the mixture, 1.28 mol DMPA say 171.61 g are added and dissolved - After dissolving the DMPA 4.85 mol of N-methylpyrrolidin-2-one say 481.05 g are added and homogenized. After homogenization, 0.04 mol of 4,4'-butylidenebis (6-tert-butyl-m-cresol), ie 16.09 g (trade name: Santowhite BBMC, supplier: Flexsys Co), are added and homogenized. The product serves as an antioxidant and increases the temperature stability of the dispersion. - Addition of 2.27 g of dibutyltin dilaurate as a catalyst, this corresponds to 0.006 mol. - When the mixture is homogenized, 3.26 moles of IPDI, ie 723.44 g, are added within 30 minutes. - After completion of the addition of IPDI, the mixture is stirred for at least 12 hours at 65 ° C. After the 12 hours, 1.28 mol of 4-methylmorpholine (NMM), ie 129.24 g, are added to the mixture and stirred again at 65 ° C. for 1 hour. The NMM serves to neutralize the DMPA. - Subsequently, to the batch 158.70 moles say 2856.77 g of demineralized water are added in portions and stirred again at 65 ° C for 1 hour. - To stabilize the dispersion 0.41 mol of 25% ammonia solution say 14.37 g are added and homogenized.
Ergebnisse:Results:
Die gebildete Dispersion ist homogen transparent und zeigt eine braun/bläuliche Farbe.The The dispersion formed is homogeneously transparent and shows a brownish / bluish color.
Der Film ist in dünner Schichtdicke transparent.Of the Film is thinner Layer thickness transparent.
Der pH-Wert beträgt 8,50.Of the pH is 8.50.
Der Feststoffgehalt beträgt 32,0 %.Of the Solid content is 32.0%.
Die Zugscherfestigkeit an Buchesperrholz beträgt 7,50 N/mm2 (Geschw. 50 mm/min).The tensile shear strength of beech plywood is 7.50 N / mm 2 (speed 50 mm / min).
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