DE2107971B2

DE2107971B2 - Härtungsbeschleuniger für lagerstabile, mit Luftfeuchtigkeit aushärtende Mischungen auf der Basis von flüssigen monomeren, oligomeren oder polymeren Verbindungen mit endständigen Mercaptogruppen und Peroxiden des Zinks oder Cadmiums als Härter

Info

Publication number: DE2107971B2
Application number: DE2107971A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Chem. Dr. 6700 Ludwigshafen Hockenberger; Manfred Dipl.-Chem. Dr. 6840 Lampertheim Soyka; Gerhard Dipl.-Chem. Dr. 6806 Viernheim Wilhelm
Original assignee: Ruetgerswerke AG
Current assignee: Rain Carbon Germany GmbH
Priority date: 1971-02-19
Filing date: 1971-02-19
Publication date: 1978-05-18
Also published as: GB1298648A; BE779585A; FR2125606A1; CH549075A; DE2107971A1; US3716515A; FR2125606B1; JPS5036455B1; IT948134B; NL7201717A; DE2107971C3

Description

Polymere mit endständigen Mercaptogruppen, bei denen sich letztere mit Oxidationsmitteln, wie z. B. PbO₂, MnO₂, ZnO₂, Cumolhydroperoxid u.a. zu Disulfidbindungen unter Bildung von gummiartigen, elastischen Materialien oxidieren lassen, haben wegen ihrer sehr guten Witterungs- und Lösungsmittelbeständigkeit ein großes Anwendungsgebiet z. B. als Dichtungs- und Versiegelungs- oder als Formmassen.

In vielen Fällen ist die Verwendung von zwei getrennt verpackten Komponenten, nämlich der Verbindung mit endständigen Mercaptogruppen einerseits und dem Oxidationsmittel andererseits, die unmittelbar vor der Verarbeitung vereint und gemischt werden müssen, von Nachteil. Darüber hinaus können die zusammengemischten Komponenten nur innerhalb einer bestimmten begrenzten Zeit verarbeitet werden. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, lagerstabile Mischungen herzustellen, welche das Polymer und das Oxidationsmittel gleichzeitig enthalten.

Die Oxidation kann in bekannter Weise mit ZnO₂ oder CdO₂ erfolgen und durch Stickstoffbasen wie NH₃, prim., sec, tert. Amine, Imine u. a. katalysiert werden. Ohne Zugabe solcher Beschleuniger sind diese Mischungen nahezu unbegrenzt lagerfähig.

Es gehört demnach zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, lagerstabile mercaptoendständige flüssige Polymer/ZnO₂ (CdO₂)-Mischungen herzustellen, die bei Zutritt von atmosphärischer Luft aushärten, indem man diesen Mischungen einen solchen Katalysator zusetzt, der mit der Feuchtigkeit der Luft hydrolysiert und eine Stickstoffbase freisetzt.

Aus der DT-OS 17 19 217 ist zwar ein Einkomponentensystem mit Zinkoxid als Härtersubstanz bekanntgeworden, das allerdings nur im alkalischen Bereich mit mercaptoendständigen Polymeren reagiert. Das alkalische Medium wird durch Einwirkung von Luftfeuchtigkeit auf ein aminbeladenes Molekularsieb erreicht.

Die Erfindung besteht in der Verwendung von Umsetzungsprodukten aus Grignard-Verbindungen der allgemeinen Formel RMgX, worin R einen niederen Alkyl- oder Phenylrest und X Halogen bedeuten, mit Nitrilen oder primären oder sekundären Aminen als Härtungsbeschleuniger zum Herstellen von lagerstabilen, unter dem Einfluß von Luftfeuchtigkeit aushärtenden Mischungen auf der Basis von flüssigen monomeren, oligomeren oder polymeren Verbindungen mit einer oder mehreren endständigen Mercaptogruppen mit als Härter dienenden Peroxiden des Zinks oder Cadmiums und gegebenenfalls Füllstoffen, Weichmachern und ähnlichen Zusätzen, wobei man 5 bis 100 Gewichts-% des Härtungsbeschleunigers, bezogen auf das ZnO₂ bzw. CdO₂, verwendet Die zugegebenen Umsetzungsprodukte, also die Ketiminomagnesiumverbindungen bzw. Aminomagnesiumverbindungen, hydrolysieren mit H₂O

ίο zu Ketiminen bzw. zu Aminen. Die Ketimine können weiterhydrolysieren zum entsprechenden Keton und Ammoniak. Sowohl die Amine wie die Ketimine als auch Ammoniak katalysieren die ZnO₂- bzw. CdO₂-AuS-härtung der mercaptoendständigen flüssigen Polymere,

d. h., ein Molekül kann mehrere Sulfhydrylgruppen-Oxidationen durch ZnO₂ bzw. CdO₂ induzieren. Bei jeder dieser Oxidationen wird ein Molekül Wasser gebildet, das seinerseits wieder ein Molekül Stickstoffbase freisetzen kann. Selbst wenn man annimmt, daß ein großer Teil des bei der Oxidation entstehenden Wassers von vorhandenen Füllstoffen festgehalten wird oder durch Diffusion verlorengeht, ist bei diesem System gewährleistet, daß die, entsprechend der Erfindung, angesetzte Mischung durchhärtet, ohne eine störende Sperrschicht zu bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle Polymere oder Mischungen von monomeren, oligomeren und polymeren Verbindungen mit endständigen Mercaptogruppen anwendbar, wie z. B. auf Polysulfidpolymere,

jo polymere Thioäther u. dgl.

Als Zinkperoxid kann entweder die reine Verbindung oder ein beliebiges handelsübliches Produkt mit geringerem Gehalt an aktivem Sauerstoff verwendet werden. Dabei ist gegebenenfalls die Menge des Zinkperoxids zu erhöhen, so daß in jedem Fall gewährleistet ist, daß sämtliche Thiolgruppen oxidiert werden können. Im allgemeinen werden 7 — 12% ZnO₂, bezogen auf das flüssige mercaptoendständige Polymer, die gewünschte Härtung erzielen können. Das gleiche gilt für den Einsatz von Cadmiumperoxid.

Aushärtungen lassen sich mit 5—100%, vorzugsweise mit 30 — 50%, einer Magnesiumketimino- bzw. Magnesiumaminoverbindung, bezogen auf das Oxidationsmittel Zink- oder Cadmiumperoxid, erreichen.

Die Mischung gemäß der Erfindung ist bei Lagerung in einem gegen eindringende Feuchtigkeit geschützten Behälter beständig. Die Aushärtung dieser Mischung läßt sich durch Zusatz geringer Mengen (1 -30%, bezogen auf das Oxidationsmittel) einer Carbonsäure wie z. B. Adipinsäure oder Benzoesäure sowie durch Zusatz von Trockenmitteln (z. B. CaO) verzögern.

Die als Katalysator verwendeten Ketiminomagnesiumverbindungen werden durch Umsetzung von Grignardverbindungen mit Nitrilen dargestellt:

R—Mg—X + R'—C=N->R'—C=N-Mg-X (D (H) R (HI)

Als Ausgangsprodukt für die Grignardverbindungen (I) eignen sich sowohl Alkylhalogenide als auch Arylhalogenide, wobei zu beachten ist, daß im allgemeinen die Reaktivität der Ketiminomagnesiumverbindungen (III) bei Verwendung von Jodiden am größten und bei Verwendung von Chloriden am geringsten ist Ebenso ist die Reaktivität bei Verwendung von aliphatischen Halogeniden geringer als bei

aromatischen. Auch geben Grignardverbindungen aus n-Alkylhalogeniden aktivere Endprodukte als Grignardverbindungen aus verzweigten Alkylhalogeniden.

Als Nitrilkomponente lassen sich aliphatische, aromatische und heterocyclische Carbonsäurenitrile verwenden. Die resultierenden Umsetzungsprodukte im Sinne der Erfindung bedingen alle eine Aushärtung einer Mischung aus einem mercaptoendständigen Polymer und ZnO₂ bzw. CdO₂. Sie unterscheiden sich aber mitunter stark in der Reaktivität Bevorzugt werden solche Nitrile der allgemeinen Formel R'CN zur Umsetzung gebracht, worin R einen niederen Alkyl- oder Phenylrest bedeutet.

Die ebenfalls als Katalysator verwendeten Aminomagnesiumverbindungen werden durch Umsetzung von Grignardverbindungen mit Aminen, die mindestens ein aktives Wasserstoffatom am Aminstickstoff besitzen, dargestellt:

Thixotropiermittel
ZnO₂

40
100

R'

R—Mg—X + Η—Ν

R"

R'

> R—H + X—Mg—N

R"

Als Aminkomponente lassen sich aliphatische, cyclische und heterocyclische, primäre und sekundäre Amine einsetzen.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert.

Das in den Beispielen verwendete Polymer ist ein Polysulfid der durchschnittlichen Struktur

HS -(C₂H₄OCH₂OC₂H₄SS)₂₃ - C₂H₄OCH₂OC₂H₄SH

mit etwa 0,5% Quervernetzung.

Es hat ein mittleres Molekulargewicht von 4000 und eine Viskosität bei 27° C von 35 - 45 Pas.

Zu der Mischung können wahlweise Weichmacher, wie Phthalate oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, sowie Pigmente, Füllstoffe, Thixotropiermittel und Trockenmittel wie z. B. Calciumcarbonat, Ton, Titandioxid, Ruß, Bariumoxid u. a. m. hinzugegeben werden.

Alle Mengenangaben beziehen sich auf Gewichtsteile oder Gewichtsprozente.

Beispiel 1

4,8 g Magnesium wurden in 30 ml Äther und 30 ml Benzol mit 28,4 g Methyljodid gemäß der allgemeinen Vorschrift für Grignard-Verbindungen umgesetzt. Danach wurden 8,2 g Acetonitril zugegeben. In einer exothermen Reaktion fiel Acetonimid-N-Magnesiumjodid in gelben Kristallen aus und wurde unter getrockneter Stickstoffatmosphäre abfiltriert.

a) 50 g der so gewonnenen Verbindung wurden mit einer Masse aus

vermischt.

Diese Mischung wurde geteilt Ein Teil wurde bei Normklima (23° C und 50% rel. Luftfeuchtigkeit) offen gelagert, der zweite Teil bei gleichen Bedingungen in einer Dose verschlossen gelagert.

Die offen gelagerte Mischung hatte nach 2 Tagen eine

ίο dünne Haut und härtete in den folgenden Tagen um etwa 1,5 mm pro Tag weiter durch. Die verschlossen gelagerte Mischung war nach 6 Wochen noch flüssig. Die offen gelagerte Mischung ohne die Magnesiumiminoverbindung bleib ebenfalls flüssig.

!5 b) Mit einer unter la beschriebenen Mischung wurden Probekörper hergestellt, indem die Mischung in 15 χ 15 χ 30-mm-Fugen zwischen je zwei Betonprismen (80 χ 25 χ 15 mm) gebracht wurde. Die Probekörper wurden 14 Tage lang bei Normklima gelagert und wurden anschließend getestet:

Modul bei 150% Dehnung: 2,6 kg/cm²
Rückstellung nach 60 Minuten
Dehnung um 150%: 73%

c) 50 g des beschriebenen Acetonimid-N-Magnesiumjodids wurden mit einer Masse aus

Polysulfid-Polymer 1000

Kreide 200

Ton 200

Titandioxid 350

Weichmacher 350

CdO₂ 100

vermischt und teils offen, teils verschlossen bei Normklima gelagert.

Die offen gelagerte Mischung war nach 4 Tagen nicht mehr verarbeitbar und nach 12 Tagen etwa 8 mm durchgehärtet, während die verschlossen gelagerte Mischung noch flüssig war.

Die gleiche Masse ohne Zusatz von Acetonimid-N-Magnesiumjodid war bei offener Lagerung unter gleichen Bedingungen noch flüssig.

Polysulfid- Polymer	1000
Kreide	200
Ton	200
Titandioxid	350
Weichmacher	350

Beispiel 2

2,4 g Magnesium wurden gemäß der allgemeinen Vorschrift für Grignard-Verbindungen in 30 ml Äther und 30 ml Benzol mit 11 g Äthylbromid umgesetzt und anschließend mit 4,1 g Acetonitril versetzt. Nach 1 Stunde hatte sich ein weißer Niederschlag gebildet, der unter getrockneter Stickstoffatmosphäre abfiltriert wurde.

5 g dieser Substanz wurden mit 200 g einer Masse analog Beispiel 1 vermischt und teils offen, teils verschlossen bei Normklima gelagert. Die offen gelagerte Mischung war nach 6 Tagen etwa um 5 mm durchgehärtet, während die verschlossen gelagerte flüssig blieb.

Beispiel 3

2,4 g Magnesium wurden mit 12,6 g Benzylchlorid in einem Äther-Benzol-Gemisch umgesetzt. Nach Zufügen von 5,4 g Adipinsäuredinitril fiel das Umsetzungsprodukt als braune Substanz aus und wurde unter trockener Schutzgasatmosphäre abfiltriert.

Im Härtungsversuch analog Beispiel la) war die offen gelagerte Mischung nach 5 Tagen klebfrei und hatte

nach 7 Tagen eine 2 mm dicke Haut Die verschlossen gelagerte Mischung war nach dieser Zeit noch flüssig.

Beispiel 4

6 g Magnesiumspäne wurden in einem Äther-Benzol-Gemisch mit 40 g Brombenzol umgesetzt. Anschließend wurden 26 g Benzonitril zugefügt. Nach einiger Zeit erfolgte eine plötzliche exotherme Reaktion und das Benzophenoniminomagnesiumbromid fiel in weißen Kristallen aus und wurde unter trockener Schutzgasatmosphäre abfiltriert

Im Härtungsversuch analog Beispiel la) hatte die offen gelagerte Mischung nach einem Tag eine dünne Haut, war nach 5 Tagen etwa 5 mm und nach 8 Tagen etwa 10 mm durchgehärtet, während die verschlossen gelagerte Mischung noch flüssig war.

Beispiel 5

In eine Lösung von Äthylmagnesiun,bromid, hergestellt aus 2,4 g Magnesium und Jl g Äthylbromid in einem Äther-Benzol-Gemisch, wurden 10,4 g Pyridin-(3)-carbonitril zugetropft. Das ausgefallene hellbraune Umsetzungsprodukt wurde unter trockener Schutzgasatmosphäre abfiltriert.

Im Härtungsversuch analog Beispiel la) hatte die bei Normklima offen gelagerte Mischung nach 72 Stunden eine 0,5 mm dicke Haut, nach 5 Tagen eine 3 mm dicke Haut und war nach 8 Tagen 10 mm durchgehärtet. Die verschlossen gelagerte Probe war nach dieser Zeit noch flüssig.

Beispiel 6

In eine Lösung von Äthylmagnesiumjodid, gewonnen aus 2,4 g Magnesium und 16 g Äthyljodid in einem Äther-Benzol-Gemisch, wurden 9,3 g Furan-(2)-Carbonsäurenitril unter Rühren eingetropft. Nach dem Abfiltrieren des gelbbraunen Umsetzungsproduktes wurde dieses in einem Härtungsversuch analog Beispiel la) getestet. Dabei bildete die bei Normklima offen gelagerte Probe nach 1 Tag eine dünne, klebfreie Haut und war nach 5 Tagen 5 mm durchgehärtet. Die verschlossen gelagerte Probe war nach dieser Zeit noch flüssig.

Beispiel 7

In eine ätherische Lösung von Methylmagnesiuinjodid, hergestellt aus 4,8 g Magnesium und 28,4 g Methyljodid, wurden 6 g trockenes Äthylendiamin gegeben. Unter lebhafter Methanentwicklung fiel eine weiße, schmierige Masse aus. Nach dem Abdestillieren des Äthers am Rotationsverdampfer wurde ein weißes Pulver erhalten, das im Aushärtungsversuch analog Beispiel la) getestet wurde. Dabei zeigte die offen gelagerte Probe bereits nach 18 Stunden eine Oberflächenhärtung und war nach 4 Tagen etwa 5 cm durchgehärtet, während die verschlossen gelagerte Probe noch flüssig war.

Beispiel 8

Eine ätherische Lösung von Methylmagnesiumjodid, gewonnen durch Umsetzung von 2,4 g Magnesium und 14,2 g Methy'jodid wurde mit 10 g Cyclohexylamin versetzt. Dabei war eine langsame Gasentwicklung zu beobachten (Methan). Nach schonendem Abziehen des Äthers am Rotationsverdampfer blieb eine tiefbraune Flüssigkeit zurück, die in einem Härtungsversuch analog Beispiel la) getestet wurde.

Die offen gelagerte Mischung war nach 4 Tagen um 5 mm, nach 8 Tagen um 10 mm durchgehärtet, während die verschlossen gelagerte nach dieser Zeit noch flüssig war.

Beispiel 9

In eine ätherische Lösung von Methylmagnesiumjodid, hergestellt aus 2,4 g Magnesium und 14,2 g Methyljodid, wurden 10,5 g über KOH getrocknetes Piperidin gegeben. Unter Gasentwicklung färbte sich das Reaktionsgemisch braun. Der Äther wurde am Rotationsverdampfer abgezogen und die zurückgebliebene braune, schmierige Substanz in einem Härtungsversuch analog Beispiel la) getestet

Die offen gelagerte Mischung zeigte nach 1 Tag eine dünne Haut und war nach 8 Tagen 10 mm durchgehärtet, während die verschlossen gelagerte Mischung nach dieser Zeit noch flüssig war.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung von Umsetzungsprodukten aus Grignardverbindungen der allgemeinen Formel RMgX, worin R eineü niederen Alkyl- oder Phenylrest und X Halogen bedeuten, mit Nitrilen oder primären oder sekundären Aminen als Härtungsbeschleuniger zum Herstellen von lagerstabilen, unter dem Einfluß von Luftfeuchtigkeit aushärtenden Mischungen auf der Basis von flüssigen monomeren, oligomeren oder polymeren Verbindungen mit einer oder mehreren endständigen Mercaptogruppen mit als Härter dienenden Peroxiden des Zinks oder Cadmiums und gegebenenfalls Füllstoffen, Weichmachern und ähnlichen Zusätzen, wobei man 5 bis 100 Gewichts-% des Härtungsbeschleunigers, bezogen auf das ZnO₂ bzw. CdO₂, verwendet