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EP0000171B1 - Carboxylate groups containing addition products of polyisocyanates and process for their preparation - Google Patents

Carboxylate groups containing addition products of polyisocyanates and process for their preparation Download PDF

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Publication number
EP0000171B1
EP0000171B1 EP78100198A EP78100198A EP0000171B1 EP 0000171 B1 EP0000171 B1 EP 0000171B1 EP 78100198 A EP78100198 A EP 78100198A EP 78100198 A EP78100198 A EP 78100198A EP 0000171 B1 EP0000171 B1 EP 0000171B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
groups
reaction
isocyanate
molecular weight
prepolymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP78100198A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0000171A1 (en
Inventor
Klaus Dr. Nachtkamp
Dieter Dr. Dietrich
Otto Dr. Lorenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Publication of EP0000171A1 publication Critical patent/EP0000171A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0000171B1 publication Critical patent/EP0000171B1/en
Expired legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/83Chemically modified polymers
    • C08G18/84Chemically modified polymers by aldehydes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08G18/0804Manufacture of polymers containing ionic or ionogenic groups
    • C08G18/0819Manufacture of polymers containing ionic or ionogenic groups containing anionic or anionogenic groups
    • C08G18/0823Manufacture of polymers containing ionic or ionogenic groups containing anionic or anionogenic groups containing carboxylate salt groups or groups forming them
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    • C08G18/10Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
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    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/34Carboxylic acids; Esters thereof with monohydroxyl compounds
    • C08G18/343Polycarboxylic acids having at least three carboxylic acid groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
    • C08G18/42Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain
    • C08G18/4263Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain containing carboxylic acid groups

Definitions

  • a number of processes for the production of polyurethanes which have carboxylate groups are known.
  • customary prepolymers with terminal isocyanate groups in an organic solvent can be reacted with aqueous solutions of aminocarboxylic acids or their salts to give corresponding polyurethane ureas containing carboxylate groups (cf., for example, DE-AS 1 495 745, British Pat. No. 1,076,688, US Pat. PS 3 539 483).
  • dimethylofpropionic acid can be used as a chain extender for the construction of polyurethanes, the free carboxyl group being predominantly retained and then being able to be neutralized (see, for example, US Pat. No. 3,412,054, DE-OS 1,913,271).
  • polyurethanes which contain free primary or secondary amino groups are reacted with ⁇ -propiolactone or the anhydride of a dicarboxylic acid, the polyurethane being modified with free carboxyl groups (cf. e.g. DE-AS 1 237 306).
  • Esters which contain both hydroxyl groups and free carboxyl groups are known from the chemistry of dispersible ester resins (cf., for example, DE-OS 2,323,546, US Pat. No. 4,029,617, BE-PS 803,346 or US Pat. No. 3,876 582), however, the reactive groups in such products are statistically distributed, so that the structure of structurally defined and in particular predominantly linear polyurethanes is not possible on the basis of these known products.
  • the polyhydroxyl component used in the process according to the invention has a (mean) OH functionality of 1.8 to 3, preferably 1.8 to 2.2.
  • These are either glycols or glycol mixtures with an (average) molecular weight of 62-10,000, preferably 200-50,000 and in particular 300-3,000, or alcohol mixtures which contain monohydric alcohols with a molecular weight of 32-5,000, preferably 500-4,000 and / or glycols mentioned molecular weight ranges and / or higher functional alcohols in the molecular weight range 92-10,000 preferably contain 92-300.
  • glycols are preferably polyester diols or polyether diols.
  • the higher functional polyhydroxyl compounds are preferably simple alkane polyols, but trifunctional or higher functional polyether polyols or polyester polyols are also suitable.
  • the hydroxyl-containing polyesters in question are, for example, reaction products of polyhydric, preferably dihydric and optionally additionally trihydric alcohols with polyhydric, preferably dihydric, carboxylic acids.
  • polyhydric preferably dihydric and optionally additionally trihydric alcohols
  • polyhydric preferably dihydric, carboxylic acids.
  • free polycarboxylic acids it is also possible to use the corresponding polycarboxylic anhydrides or corresponding polycarboxylic esters of lower alcohols or mixtures thereof for the preparation of the polyesters be used.
  • the polycarboxylic acid can be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic and / or heterocyclic in nature and optionally substituted, for example by halogen atoms, and / or unsaturated.
  • Examples include: succinic acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid, Sebacic acid, phthalic acid, isophthalic acid, trimellitic acid, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, fumaric acid, dimer of oleic acid and trimeric fatty acids, for example, optionally in admixture with monomeric fatty acids, terephthalic acid, terephthalic acid-bis-glykolester .
  • Polyhydric alcohols include, for example, ethylene glycol, propylene glycol (1,2) and - (1,3), butylene glycol (1,4) and - (2,3), hexanediol (1,6), octanediol (1, 8), neopentyl glycol cyclohexanedimethanol (1,4-bis-hydroxymethylcyclohexane), 2-methyl-1,3-propanediol, glycerin, trimethylolpropane, hexanetriol- (1,2,6), butanetriol- (1,2,4), Trimethylolethane, pentaerythritol, quinite, mannitol and sorbitol, methylglycoside, also diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycols, dipropylene glycol, polypropylene glycols, dibutylene glycol and polybutylene glycols in question.
  • the polyethers which are preferred according to the invention and preferably have two hydroxyl groups are those of the type known per se and are, for example, polymerized with themselves, for example in the presence of BF a , by polymerization of epoxides such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, tetrahydrofuran, styrene oxide or epichlorohydrin by adding these epoxides, optionally in a mixture or in succession, to starting components with reactive hydrogen atoms such as water or alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol (1,3) or - (1,2), 4,4'-dihydroxy-diphenylpropane.
  • epoxides such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, tetrahydrofuran, styrene oxide or epichlorohydrin
  • Polyethers modified by vinyl polymers e.g. by polymerization of styrene or acrylonitrile in the presence of polyethers (American patents 3,383,351, 3,304,273, 3,523,093, 3,110,695, German patent 1,152,536) are also suitable.
  • the proportionally higher-functionality polyethers to be used, if appropriate, are formed in an analogous manner by known alkoxylation of higher-functionality starter molecules, e.g. Ammonia, ethanolamine, ethylenediamine or sucrose.
  • the condensation products of thiodiglycol with itself and / or with other glycols, dicarboxylic acids, formaldehyde, aminocarboxylic acids or amino alcohols should be mentioned in particular.
  • the products are polythio ether, polythio ether ester, polythio ether ester amide.
  • polyacetals e.g. the compounds which can be prepared from glycols, such as diethylene glycol, triethylene glycol, 4,4'-diox-ethoxy-diphenyldimethylmethane, hexanediol and formaldehyde.
  • glycols such as diethylene glycol, triethylene glycol, 4,4'-diox-ethoxy-diphenyldimethylmethane, hexanediol and formaldehyde.
  • Polyacetals suitable according to the invention can also be prepared by polymerizing cyclic acetals.
  • Suitable polycarbonates containing hydroxyl groups are those of the type known per se, which e.g. by reacting diols such as propanediol (1,3), butanediol (1,4) and / or hexanediol (1,6), diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, with diaryl carbonates, e.g. Diphenyl carbonate or phosgene can be produced.
  • diols such as propanediol (1,3), butanediol (1,4) and / or hexanediol (1,6)
  • diethylene glycol triethylene glycol
  • tetraethylene glycol e.g. Diphenyl carbonate or phosgene
  • polyester amides and polyamides include e.g. the predominantly linear condensates obtained from polyvalent saturated and unsaturated carboxylic acids or their anhydrides and polyvalent saturated and unsaturated amino alcohols, diamines, polyamines and their mixtures. Polyhydroxyl compounds already containing urethane or urea groups can also be used.
  • the polyhydroxyl component to be used according to the invention preferably consists exclusively of the glycols mentioned by way of example. Additional possible as already stated mixtures of such glycols with higher f unkomellen polyhydroxyl compounds into consideration, provided that the average hydroxyl functionality of the mixture within the above range. It is also possible to use monohydric alcohols in the polyhydroxyl component used according to the invention, although it is also conceivable that the polyhydroxyl component consists exclusively of a mixture of monohydric and higher than difunctional alcohols, provided the above-mentioned condition regarding the average OH functionality of the Mixture is satisfied. In general, however, when using monohydric or higher than dihydric alcohols, a glycol component will always be used in the polyhydroxyl mixture at the same time.
  • Suitable monohydric alcohols are e.g. simple aliphatic, cycloaliphatic or araliphatic monohydric alcohols such as methanol, ethanol, dodecanol, benzyl alcohol or cyclohexanol. However, the use of such simple monohydric alcohols is less preferred.
  • hydrophilic nonionic structural components i.e. especially monohydric or dihydric alcohols containing ethylene oxide units built into polyether chains.
  • hydrophilic structural components are either dihydroxy polyethers having polyethylene oxide segments and a molecular weight within the range mentioned above for the glycols, or polyether alcohols having monovalent ethylene oxide units and having a molecular weight within the range mentioned above for the monohydric alcohols.
  • Such hydrophilic structural components are described, for example, in patent application P 26 37 690.9.
  • Mixtures of the polyhydroxy compounds mentioned are frequently used as the polyhydroxyl component, e.g. to adapt the hardness, elasticity and grip behavior of the coatings produced from the dispersions to the requirements.
  • the low molecular weight monohydric and polyhydric alcohols are used, if at all, preferably in amounts of up to a maximum of 50 hydroxyl equivalent percent based on the total polyhydroxyl component.
  • the polyhydroxyl component is reacted with one or more intramolecular tricarboxylic acid monoanhydride (s) or tetracarboxylic acid monoanhydride (s).
  • s intramolecular tricarboxylic acid monoanhydride
  • tetracarboxylic acid monoanhydride s
  • Diisocyanates R 1 (NCO) 2 are preferably used, where R 1 has the meaning already mentioned and preferably for an aliphatic hydrocarbon radical with 4 to 12 carbon atoms, a cycloaliphatic hydrocarbon radical with 6 to 15 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon radical with 6 to 15 carbon atoms or one araliphatic hydrocarbon radical having 7 to 15 carbon atoms.
  • diisocyanates examples include tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, 1,4-diisocyanato-cyciohexane, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane, 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane, 4,4'-diisocyanato- dicyclohexylpropane- (2,2), 1,4-diisocyanatobenzene, 2,4-diisocyanatotoluene, 2,6-diisocyanatotoluene, 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane, 4,4'-diisocyanato-diphenylpropane- (2,2), p- Xylylene diisocyanate or a, a, a ',
  • polyfunctional polyisocyanates known per se in polyurethane chemistry, or else modified polyisocyanates containing, for example, carbodiimide groups, allophanate groups, isocyanurate groups, urethane groups and / or biuret groups.
  • monoisocyanates such as e.g. Phenyl isocyanate or dodecyl isocyanate or partially blocked polyisocyanates are possible in principle. However, care must always be taken to ensure that the average NCO functionality of the polyisocyanate component is between 1.8 and 3.0.
  • Any inorganic or organic bases are suitable for the partial neutralization of the reaction product between the polyhydroxyl component and anhydride having carboxyl groups.
  • neutralizing agents are tert.
  • Amines of the molecular weight range 59-200 such as trimethylamine, triethylamine, triisopropylamine, tributylamine, N-methylpyrrolidine, N-methylpiperidine, dimethylaminoethanol, dimethylaminopropanol, dimethylaniline, pyridine.
  • inorganic bases such as the hydroxides, oxides, carbonates, hydrogen carbonates of the alkali metals, in particular sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, potassium carbonate.
  • inorganic compounds can be added either as such in finely powdered form or as aqueous or alcoholic solutions. If a solvent which is reactive towards isocyanates, such as methanol or water, is also used, this must then be removed again by distillation.
  • the reactions of the first to third reaction stages can be carried out in the presence of organic solvents, in particular those of a polar type, such as acetone, methyl ethyl ketone, N-methylpyrrolidine, methylene chloride, the solvent being generally added to the extent that the increasing viscosity of the polymer melt requires it .
  • the process is preferably carried out at elevated temperature and in the absence of solvents. If the presence of solvents is unavoidable for reasons of viscosity, preferably no more than about 10%, based on the reaction mixture, is used. If possible, those solvents are used which are also desirable from the point of view of later application and, for example, a reduction in the film. education temperature, improvement of flow, drying behavior, etc. cause.
  • paint solvents in particular are added, e.g. Methyl isobutyl acetate, glycol monomethyl ether acetate, glycol diethyl ether.
  • the reaction of the polyhydroxyl component with the carboxy-anhydride the proportions of the reactants are chosen so that 0.05-1, preferably 0.1 to 0.5, anhydride groups are present in the reaction mixture for each hydroxyl group of the polyhydroxyl component.
  • This reaction is preferably carried out at 40-170 ° C., in particular at 50-150 ° C., until the characteristic anhydride bands at 1780 cm- 'and 1860 cm-' have disappeared in the IR spectrum of a sample.
  • the carboxyl groups of the reaction product from the polyhydroxyl component and carboxy anhydride which may be present in a mixture with excess, unmodified polyhydroxyl component, are partially neutralized with the bases mentioned by way of example so that 0.1-4 in one mole of the partially neutralized reaction product , preferably 0.2-1 mol of carboxylate groups, at least 0.1 mol of carboxyl groups and a total of 1.8-3.8, preferably 1.8-2.2 mol of carboxyl and optionally hydroxyl groups are present.
  • Partial neutralization is easiest with tertiary amines, which are simply added to the reaction mixture in the required amount.
  • amines with isocyanate-reactive groups preferred are those in which the reactivity of this group is poor, e.g. sec- or tert-hydroxy groups or amide or urethane groups, inorganic bases are preferably added in aqueous or alcoholic solution, the solvent then having to be removed by distillation.
  • the next reaction stage of the process according to the invention consists in the reaction of the carboxylate and free carboxyl groups as well as optionally partially neutralized reaction product containing hydroxyl groups, as well as the unmodified polyhydroxyl component optionally present in a mixture with the polyisocyanates mentioned as examples to give the corresponding NCO prepolymer.
  • urethane groups are formed from hydroxyl groups and amide groups are formed from carboxyl groups with elimination of CO 2 , so that an NCO prepolymer is formed which contains amide, carboxylate and optionally urethane groups.
  • the proportions in this reaction are chosen so that each equivalent of groups that are reactive toward isocyanate groups (carboxyl and optionally hydroxyl groups) account for 1.2 to 2 and in particular 1.3 to 1.8 equivalents of NCO groups. It is also possible to use a large excess of polyisocyanate and, after the isocyanate addition reaction has ended, to remove the excess polyisocyanate, for example by distillation.
  • the reaction is generally carried out at temperatures between 40 and 150 ° C, preferably 45 to 130 ° C.
  • the isocyanate addition reaction ie until to calculate the predicted NCO content of the reaction products.
  • This reaction can be terminated, for example, by immediately subjecting the reaction mixture which has not fully reacted to the chain extension reaction according to the fourth reaction stage, for example by introducing the reaction mixture into an aqueous diamine solution.
  • partially blocked polyisocyanates or mixtures of mono-, di- and / or polyfunctional isocyanates with partially blocked polyisocyanates can also be used as the polyisocyanate component in the third process stage.
  • a suitable choice of the functionality of the compounds with groups which are reactive toward isocyanate groups and / or the functionality of the polyisocyanate component (based on free isocyanate groups) can ensure that, on the one hand, there is no premature undesirable increase in viscosity or crosslinking and on the other hand Intermediates with terminal isocyanate groups and also blocked isocyanate groups, and in the case of incomplete reaction according to the statements made above with free carboxyl or.
  • Suitable partially blocked polyisocyanates are, in particular, partially blocked polyisocyanates which have a statistical average of 1.8-2.2 free isocyanate groups per molecule, i.e. for example triisocyanates with one blocked and two unblocked isocyanate groups.
  • Suitable mixtures containing partially blocked polyisocyanates are, in particular, those which contain either the last-mentioned partially blocked polyisocyanates or else monoblocked diisocyanates in addition to mono-, di- and / or polyfunctional polyisocyanates, the individual components of these mixtures should be selected such that the average NCO Functionality (based on free isocyanate groups) is between 1.8 and 2.2.
  • high molecular weight polyurethanes can be obtained which contain blocked isocyanate groups and optionally carboxyl or. Have hydroxyl groups and therefore represent self-crosslinking systems due to the influence of heat.
  • Suitable blocking agents are the monofunctional blocking agents known per se in polyurethane chemistry for organic polyisocyanates such as E- caprolactam, phenols such as phenol or o-cresol, ketoximes such as methyl ethyl ketone ketoxime or CH-acidic compounds such as diethyl malonate.
  • the partially blocked polyisocyanates are prepared using the organic polyisocyanates exemplified above by known methods of isocyanate chemistry.
  • the next step of the process according to the invention now consists in converting the above-described NCO prepolymers into the process products according to the invention by means of a chain extension or crosslinking reaction which is known per se.
  • chain extension is understood to mean both a real chain extension without branching and also a branching or crosslinking of the prepolymers (use of higher than difunctional "chain extension agents").
  • this chain extension reaction is combined with the simultaneous conversion of the process product into an aqueous dispersion. The simplest way to do this is to use water only as a chain extender.
  • liquid prepolymer or honey-like consistency is stirred with a 0.2 to 10-fold amount by weight of water.
  • Simple laboratory stirrers are sufficient for this mixing process, although it is of course also possible to use dispersing machines with high shear forces as well as the use of non-mechanical dispersing agents such as ultrasonic waves of extremely high frequency.
  • the temperature during the mixing process is between 1 ° and 180 ° C, preferably between 20 ° C and 100 ° C. This process can also be carried out under pressure.
  • the chain extension reaction can, however, also be carried out using mixtures of water and water-soluble chain extenders, chain extenders preferably being used which have a higher reactivity towards isocyanate groups than water. It is also possible to disperse the NCO prepolymer in water and to add the chain extender mentioned after the dispersion has taken place.
  • chain extenders are in particular exclusively hydrazines or polyamines having primary or secondary amino groups, preferably hydrazines or diamines having a molecular weight above 31, preferably between 32 and 600.
  • hydrazines or polyamines suitable as chain extenders are hydrazine, ethylenediamine, diethylenetriamine, 1,2-diaminopropane, 1,3-diaminopropane, 3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexylamine or 1,4-diaminobutane.
  • chain extenders are described in DT-OS 1 495 847 or in DT-AS 1 237 306.
  • the water is used in a 0.2 to 10 times the amount by weight, based on the NCO prepolymer.
  • the chain extension reaction takes place using a mixture of water and polyamines of the type mentioned, which are additionally modified by chemically fixed ionic groups, preferably by chemically fixed sulfonate groups.
  • an ionically modified chain extender is e.g. the N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid sodium.
  • the chain extension reaction which takes place in the fourth reaction stage can also be carried out using solvents in which the prepolymer is present in solution, although it is one of the essential advantages of the process according to the invention that such solvents can in principle be dispensed with.
  • the solvents which may be used in the chain extension reaction correspond to the solvents which are also suitable for the preparation of the prepolymers.
  • a further possibility of chain extension of the NCO prepolymers obtained in the third process stage can also be carried out according to the principles of the process described in US Pat. No. 3,756,992 or in DE-OS 26 37 690, in such a way that the NCO Prepolymer first by reaction with vzw.
  • Ammonia or primary amines such as e.g. Prepares methylamine or n-butylamine prepolymers with terminal urea groups and extends them via the intermediate stage of prepolymers containing methylol groups by reaction with formaldehyde or crosslinked with compounds of the type described in US Pat. No. 3,756,992 containing methylol groups.
  • the reaction of the NCO prepolymers with compounds containing methylol groups of the type mentioned in US Pat. No. 3,756,992 without prior conversion of the terminal NCO groups into the corresponding urea groups to give prepolymers containing methylol groups and their subsequent thermal treatment according to US Pat. No. 3,756,992 represents a viable way of chain extension or crosslinking of the NCO prepolymers obtained in the third stage of the process according to the invention.
  • the chain extension according to these latter variants also involves the construction of the high molecular weight polyadducts or the preparation of the intermediate products containing terminal methylol groups with their dispersion Water.
  • the reaction of the NCO prepolymers with ammonia or the primary amines mentioned by way of example to give the corresponding prepolymers having terminal urea groups takes place in an aqueous medium, so that the prepolymers having urea groups are obtained in the form of aqueous dispersions or solutions.
  • These prepolymers, which have terminal urea groups and are present as dispersions or solutions in water, are then either in the aqueous phase with formaldehyde or compounds which release formaldehyde, e.g.
  • a chain extension of the NCO prepolymers according to the principles of DE-OS 2 543 091 is also possible in principle.
  • the nature and proportions of the starting materials are therefore preferably chosen such that the NCO prepolymers obtained meet the criteria mentioned.
  • aqueous dispersions of the process products according to the invention can of course also take place with the use of external emulsifiers, although one of the main advantages of the process according to the invention is that the use of such emulsifiers can be dispensed with.
  • the process according to the invention can of course also be carried out using the catalysts known per se which accelerate the NCO / OH reaction.
  • the new process according to the invention brings about a considerable increase in the space-time yield compared to the known solvent process, since on the one hand the solvent volume and on the other hand the energy and time-consuming distillation process are eliminated.
  • the dispersions produced by the process according to the invention have a wide variety of fields of application. They can e.g. use for leather finishing or can be used for coating a wide variety of materials, especially for textile coating. Here you can use it as an adhesive or cover rope. Textile foam coatings are also possible. Significant areas of application are also the use as an adhesive or as a lacquer.
  • a sample of the dispersion was mixed with a melamine-formaldehyde resin of the hexamethoxymethylmelamine type (15% by weight, based on solids) and baked on a phosphated sheet at 160 ° C.
  • the result was a clear, colorless, shiny, hard coating which is resistant to organic solvents such as xylene, ⁇ GA or acetone and is only superficially dissolved by DMF. After 24 hours of water storage, the film showed no haze.

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Description

Es sind eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen, welche Carboxylatgruppen aufweisen, bekannt. So kann man beispielsweise übliche Präpolymere mit endständigen Isocyanatgruppen in einem organischen Lösungsmittel mit wäßrigen Lösungen von Aminocarbonsäuren bzw. deren Salzen zu entsprechenden Carboxylatgruppen aufweisenden Polyurethan-Harnstoffen umsetzen (vgl. z.B. DE-AS 1 495 745, GB-PS 1 076 688, US-PS 3 539 483).A number of processes for the production of polyurethanes which have carboxylate groups are known. For example, customary prepolymers with terminal isocyanate groups in an organic solvent can be reacted with aqueous solutions of aminocarboxylic acids or their salts to give corresponding polyurethane ureas containing carboxylate groups (cf., for example, DE-AS 1 495 745, British Pat. No. 1,076,688, US Pat. PS 3 539 483).

Nach einem anderen Verfahren kann man zum Aufbau von Polyurethanen Dimethylofpropionsäure als Kettenverlängerungsmittel einsetzen, wobei die freie Carboxylgruppe überwiegend erhalten bleibt und anschließend neutralisiert werden kann (vgl. z.B. US-PS 3 412 054, DE-OS 1 913 271).According to another method, dimethylofpropionic acid can be used as a chain extender for the construction of polyurethanes, the free carboxyl group being predominantly retained and then being able to be neutralized (see, for example, US Pat. No. 3,412,054, DE-OS 1,913,271).

Nach einem weiteren vorbekannten Verfahren werden Polyurethane, welche freie primäre oder sekundäre Amino-Gruppen enthalten, mit ß-Propiolacton oder dem Anhydrid einer Dicarbonsäure umgesetzt, wobei eine Modifizierung des Polyurethans mit freien Carboxylgruppen erfolgt (vgl. z.B. DE-AS 1 237 306).According to a further known process, polyurethanes which contain free primary or secondary amino groups are reacted with β-propiolactone or the anhydride of a dicarboxylic acid, the polyurethane being modified with free carboxyl groups (cf. e.g. DE-AS 1 237 306).

Es ist auch schon beschrieben worden, Polyäther bzw. Polyester mit endständigen OH-Gruppen und seitenständigen Sulfonat- oder Carboxylatgruppen zum Aufbau von anionischen Polyurethan-Dispersionen einzusetzen (vgl. z.B. DE-AS 1 570615).It has also already been described to use polyethers or polyesters with terminal OH groups and pendant sulfonate or carboxylate groups for the construction of anionic polyurethane dispersions (cf. e.g. DE-AS 1 570615).

Zur Herstellung von Polyestern mit seitenständigen anionischen Gruppen wurde die Mitverwendung von Diaminen, welche Sulfonatoder Carboxylatgruppen enthalten, in Betracht gezogen (vgl. z.B. DE-AS 1 570 615).For the production of polyesters with pendant anionic groups, the concomitant use of diamines which contain sulfonate or carboxylate groups was considered (cf. e.g. DE-AS 1 570 615).

Die Nachteile der bekannten Verfahren bestehen darin, daß sie entweder nur in Gegenwart von organischen Lösungsmitteln durchgeführt werden können, oder speziell aufgebaute Polyester eingesetzt werden müssen. Der Einbau von Dimethylolpropionsäure in Isocyanatpräpolymere ist zwar lösungsmittelfrei möglich, jedoch besteht in einer Reihe von Fällen das Problem, die Dimethylolpropionsäure bei den erforderlichen niedrigen Reaktionstemperaturen im Präpolymer zu lösen. Schließlich ist von Nachteil, daß Dimethylolpropionsäure nur über eine Isocyanatreaktion eingebaut werden kann, was verhältnismäßig hohe Viskositäten des so modifizierten NCO-Präpolymeren zur Folge hat.The disadvantages of the known methods are that they can either only be carried out in the presence of organic solvents or that specially constructed polyesters have to be used. The incorporation of dimethylolpropionic acid in isocyanate prepolymers is possible without solvent, but in a number of cases there is the problem of dissolving the dimethylolpropionic acid in the prepolymer at the required low reaction temperatures. Finally, it is disadvantageous that dimethylolpropionic acid can only be incorporated via an isocyanate reaction, which results in relatively high viscosities of the NCO prepolymer modified in this way.

Aus der Chemie der dispergierbaren Esterharze sind zwar Ester, welche sowohl Hydroxygruppen als auch freie Carboxylgruppen enthalten, bekannt, (vgl. z.B. DE-OS 2 323 546, US-PS 4 029 617, BE-PS 803 346 oder US-PS 3 876 582), jedoch sind in solchen Produkten die reaktiven Gruppen statistisch verteilt, so daß auf Basis dieser bekannten Produkte der Aufbau von strukturell definierten und insbesondere von überwiegend linearen Polyurethanen nicht möglich ist.Esters which contain both hydroxyl groups and free carboxyl groups are known from the chemistry of dispersible ester resins (cf., for example, DE-OS 2,323,546, US Pat. No. 4,029,617, BE-PS 803,346 or US Pat. No. 3,876 582), however, the reactive groups in such products are statistically distributed, so that the structure of structurally defined and in particular predominantly linear polyurethanes is not possible on the basis of these known products.

Demgegenüber wurde nunmehr ein Verfahren aufgefunden, welches die Herstellung von Carboxylat-Gruppen enthaltenden Polyisocyanat-Additions-Produkten und insbesondere von wäßrigen Dispersionen hiervon, auf einfache Weise sowohl mit als auch insbesondere ohne Verwendung organischer Lösungsmittel ermöglicht. Insbesondere gestattet das neue Verfahren die Herstellung von niedrigviskosen anionischen NCQ-Präpolymeren unter Verwendung optimal niedriger Mengen an Polyisocyanaten, wodurch lösungsmittelfreie Dispergierverfahren auf besonders einfache Weise durchgeführt werden können. Die verwendete Carboxylkomponente ist gut und preiswert zugänglich und der gesamte Herstellprozeß erfolgt unter schonenden Bedingungen.In contrast, a process has now been found which enables the preparation of polyisocyanate addition products containing carboxylate groups and in particular of aqueous dispersions thereof, in a simple manner both with and in particular without the use of organic solvents. In particular, the new process allows the production of low-viscosity anionic NCQ prepolymers using optimally low amounts of polyisocyanates, as a result of which solvent-free dispersion processes can be carried out in a particularly simple manner. The carboxyl component used is easily and inexpensively accessible and the entire manufacturing process is carried out under gentle conditions.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind überwiegend lineare, Carboxylat- und Amid-Gruppen aufweisende Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte gekennleichnet durch wiederkehrende Struktureinheiten der Formeln

Figure imgb0001
oder
Figure imgb0002
in welcher

  • m für 0 oder 1 steht,
  • n für 1 oder 2 steht,
  • R1 für einen Rest steht, wie er durch Entfernung der Isocyanatgruppen aus einem organischen Di- . isocyanat erhalten wird,
  • R2 für einen Rest steht, wie er durch Entfernung der Hydroxylgruppen aus einem gegebenenfalls Äther- oder Estergruppen aufweisenden Glykol bzw. Glykol-Gemisch eines (mittleren) Molekulargewichts zwischen 62 und 10.000 erhalten wird,
  • R3 für einen Rest steht wie er durch Entfernung der Carboxylgruppen aus einer organischen Tri-oder Tetracarbonsäure erhalten wird und
  • Kat(+) für ein Alkali- oder ein sich aus einem tert. Amin ableitenden Kation steht.
The present invention relates predominantly to linear, carboxylate and amide groups containing polyisocyanate polyadducts identified by recurring structural units of the formulas
Figure imgb0001
or
Figure imgb0002
in which
  • m represents 0 or 1,
  • n represents 1 or 2,
  • R 1 represents a radical as it is removed from an organic di- by removing the isocyanate groups. isocyanate is obtained
  • R 2 represents a radical as obtained by removing the hydroxyl groups from a glycol or glycol mixture of (average) molecular weight between 62 and 10,000 which may have ether or ester groups,
  • R 3 represents a radical as it is obtained by removing the carboxyl groups from an organic tri-or tetracarboxylic acid and
  • Kat (+) for an alkali or a tert. Amine-derived cation.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von überwiegend linearen Carboxylat-, Amid- und gegebenenfalls Urethangruppen aufweisenden Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten mit wiederkehrenden Struktureinheiten der in Anspruch 1 genannten Formeln über die Zwischenstufe von Isocyanatgruppen aufweisenden Präpolymeren, welche durch Umsetzung von organischen Diisocyanaten mit Carboxylatgruppen, freie Carboxylgruppen und gegebenenfalls Hydroxylgruppen aufweisenden Polyestern, welche durch Reaktion einer Polyhydroxylkomponente mit einem intramolekularen Carbonsäureanhydrid unter anschließender Teilneutralisation des Umsetzungsproduktes erhalten worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß man

  • a) eine Polyhydroxylkomponente, welche entweder aus einem oder mehreren Glykolen des (mittleren) Molekulargewichts 62 bis 10 000 oder einem Alkoholgemisch einer mittleren OH-Funktionalität von 1,8 bis 3,0, welches einwertige Alkohole des Molekulargewichtsbereichs 32 bis 5000 und/oder zweiwertige Alkohole des Molekulargewichtsbereichs 62 bis 10 000 und/oder höherfunktionelle Alkohole des Molekulargewichtsbereichs 92 bis 10000 enthalten kann, besteht, mit intramolekularen Tricarbonsäuremonoanhydriden oder intramolekularen Tetracarbonsäuremonoanhydriden unter Ringöffnung der Anhydridgruppe in solchen Mengen umsetzt, daß pro Hydroxylgruppe der Polyhydroxylkomponente 0,05 bis 1 Anhydridgruppen vorliegen,
  • b) die Carboxylgruppen des gemäß Reaktionsschritt a) erhaltenen Umsetzungsprodukte so mit einer anorganischen oder organischen Base teilneutralisiert, daß im statistischen Mittel pro Mol des Umsetzungsprodukts 0,1 bis 4 Mol Carboxylatgruppen und insgesamt 1,8 bis 3,8 Mol Carboxyl- und gegebenenfalls Hydroxylgruppen vorliegen,
  • c) das gemäß Reaktionsschritt b) erhaltene Carboxylat-, Carboxyl- und gegebenenfalls Hydroxyl- gruppen aufweisende Reaktionsprodukt, sowie die gegebenenfalls im Gemisch vorliegende, nichtmodifizierte Polyhydroxylkomponente mit einer: Diisocyanatkomponente einer mittleren NCO-Funktionalität zwischen 1,8 und 3,0 zu einem Carboxylat-, Amid- und gegebenenfalls Urethan- gruppen aufweisenden Präpolymeren umsetzt, wobei (i) die Menge der Diisocyanatkomponente 1,2 bis 2 Äquivalenten an NCO-Gruppen pro Äquivalent an gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen entspricht, oder (ii) ein hoher Diisocyanatüberschuß eingesetzt wird, wobei nach Beendigung der Isocyanat-Additionsreaktion das überschüssige Diisocyanat durch Destillation entfernt wird, oder (iii) die Menge der Isocyanatkomponente 0,8 bis 1,2 Äquivalenten an NCO-Gruppen pro Äquivalent an gegenüber Isocyanatgruppen Reaktionsfähigen Gruppen entspricht, wobei gegebenenfalls durch einen vorzeitigen Abbruch der Isocyanat-Additionsreaktion durch eine sofortige Kettenverlängerungsreaktion gemäß d) sichergestellt wird, daß das Reaktionsprodukt noch freie Isocyanatgruppen aufweist, und
  • d) schließlich das gemäß Reaktionsstufe c) erhaltene NCO-Präpolymere einer Kettenverlängerungsreaktion unterzieht.
The present invention also relates to a process for the preparation of predominantly linear carboxylate, amide and optionally urethane groups containing polyisocyanate polyadducts with recurring structural units of the formulas mentioned in claim 1 via the intermediate stage of prepolymers containing isocyanate groups, which by reaction of organic diisocyanates with carboxylate groups , free carboxyl groups and optionally hydroxyl-containing polyesters which have been obtained by reacting a polyhydroxyl component with an intramolecular carboxylic acid anhydride with subsequent partial neutralization of the reaction product, characterized in that
  • a) a polyhydroxyl component, which consists either of one or more glycols of the (average) molecular weight 62 to 10,000 or an alcohol mixture with an average OH functionality of 1.8 to 3.0, the monohydric alcohols of the molecular weight range 32 to 5000 and / or dihydric Alcohols in the molecular weight range 62 to 10,000 and / or higher functional alcohols in the molecular weight range 92 to 10000, consists, with intramolecular tricarboxylic acid monoanhydrides or intramolecular tetracarboxylic acid monoanhydrides with ring opening of the anhydride group in such amounts that there are 0.05 to 1 hydroxyl group of the polyhydroxy component,
  • b) the carboxyl groups of the reaction products obtained in reaction step a) are partially neutralized with an inorganic or organic base in such a way that, on average, 0.1 to 4 moles of carboxylate groups and a total of 1.8 to 3.8 moles of carboxyl and optionally hydroxyl groups per mole of the reaction product are present
  • c) the carboxylate, carboxyl and optionally hydroxyl group-containing reaction product obtained according to reaction step b), as well as the optionally unmodified polyhydroxyl component with a: diisocyanate component having an average NCO functionality between 1.8 and 3.0 to give a carboxylate - prepolymers containing amide and optionally urethane groups, (i) the amount of the diisocyanate component corresponding to 1.2 to 2 equivalents of NCO groups per equivalent of groups which are reactive toward isocyanate groups, or (ii) a large excess of diisocyanate is used, wherein after the completion of the isocyanate addition reaction, the excess diisocyanate is removed by distillation, or (iii) the amount of the isocyanate component corresponds to 0.8 to 1.2 equivalents of NCO groups per equivalent of groups which are reactive toward isocyanate groups, if appropriate by premature termination the isocyanate addition freak tion is ensured by an immediate chain extension reaction according to d) that the reaction product still has free isocyanate groups, and
  • d) finally subjecting the NCO prepolymer obtained in reaction step c) to a chain extension reaction.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz gelangende Polyhydroxylkomponente weist eine(mittlere)OH-Funktionalität von 1,8 bis 3 vorzugsweise 1,8 bis 2,2 auf. Es handelt sich entweder um Glykole bzw. Glykolgemische eines (mittleren) Molekulargewichts von 62-10.000 vorzugsweise 200-50 00 und insbesondere 300-3.000 oder um Alkoholgemische, welche einwertige Alkohole des Molekulargewichtsbereichs 32-5.000 vorzugsweise 500-4.000 und/oder Glykole der bereits genannten Molekulargewichtsbereiche und/oder höherfunktionelle Alkohole des Molekulargewichtsbereichs 92-10.000 vorzugsweise 92-300 enthalten.The polyhydroxyl component used in the process according to the invention has a (mean) OH functionality of 1.8 to 3, preferably 1.8 to 2.2. These are either glycols or glycol mixtures with an (average) molecular weight of 62-10,000, preferably 200-50,000 and in particular 300-3,000, or alcohol mixtures which contain monohydric alcohols with a molecular weight of 32-5,000, preferably 500-4,000 and / or glycols mentioned molecular weight ranges and / or higher functional alcohols in the molecular weight range 92-10,000 preferably contain 92-300.

Bei den Glykolen handelt es sich vorzugsweise um Polyester-Diole oder Polyäther-Diole.The glycols are preferably polyester diols or polyether diols.

Daneben kommen jedoch auch einfache Alkandiole oder aber auch zwei Hydroxylgruppen aufweisende Polythioäther, Polyacetale, Polyamide oder Polyurethane in Betracht.In addition, however, simple alkane diols or also two hydroxyl-containing polythioethers, polyacetals, polyamides or polyurethanes can be used.

Bei den höherfunktionellen Polyhydroxylverbindungen handelt es sich vorzugsweise um einfache Alkan-Polyole, jedoch kommen auch tri- oder höherfunktionelle Polyätherpolyole oder Polyesterpolyole in Betracht.The higher functional polyhydroxyl compounds are preferably simple alkane polyols, but trifunctional or higher functional polyether polyols or polyester polyols are also suitable.

Bei den in der Polyhydroxyl-Komponente vorliegenden Diolen bzw. Polyolen handelt es sich somit um

  • 1. Alkandiole bzw. -polyole wie z.B. Äthylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, Tetramethylenglykol, Hexamethylenglykol, Glycerin, Trimethyloläthan, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Bisphenol A, äthoxyliertes bzw. propoxyliertes Bisphenol A, 2,2-Bis-(4-hydroxycyclohexyl-)propan oder Dimethylol-tricyclodecan (5.2.1.02.6).
  • 2. Modifizierte, d.h. insbesondere Äther oder Estergruppen aufwiesende Polyole oder aber auch Polyhydroxypolythioäther, Polyhydroxypolyacetale, Polyhydroxypolycarbonate und/oder Polyhydroxyplyesteramide.
The diols or polyols present in the polyhydroxyl component are thus
  • 1. Alkanediols or polyols, such as, for example, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, bisphenol A, ethoxylated or propoxylated bisphenol A, 2.2 -Bis (4-hydroxycyclohexyl) propane or dimethylol-tricyclodecane (5.2.1.0 2.6 ).
  • 2. Modified, ie in particular ethers or ester groups, polyols or else polyhydroxypolythioethers, polyhydroxypolyacetals, polyhydroxypolycarbonates and / or polyhydroxyplyesteramides.

Die in Frage kommenden Hydroxylgruppen aufweisenden Polyester sind z.B. Umsetzunqsprodukte von mehrwertigen, vorzugsweise zweiwertigen und gegebenenfalls zusätzlich dreiwertigen Alkoholen mit mehrwertigen, vorzugsweise zweiwertigen, Carbonsäuren, Anstelle der freien Polycarbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäuranhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester von niederen Alkoholen oder deren Gemische zur Herstellung der Polyester verwendet werden. Die Polycarbonsäure können aliphatischer, cycloaliphatischer, aromatischer und/oder heterocyclischer Natur sein und gegebenenfalls, z.B. durch Halogenatome, substituiert und/oder ungesättigt sein. Als Beispiele hierfür seien genannt: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Trimellitsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäure, anhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, dimere und trimere Fettsäuren z.B. der Olsäure, gegebenenfalls in Mischung mit monomeren Fettsäuren, Terephthalsäuredimethylester, Terephthalsäure-bis-glykolester. Als mehrwertige Alkohole kommen z.B. Äthylenglykol, Propylenglykol-(1,2) und -(1,3), Butylenglykol-(1,4) und -(2,3), Hexandiol-(1,6), Octandiol-(1,8), Neopentylglykol-Cyclohexandimethanol (1,4-Bis-hydroxymethylcyclohexan), 2-Methyl-1,3-propandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Hexantriol-(1,2,6), Butantriol-(1,2,4), Trimethyloläthan, Pentaerythrit, Chinit, Mannit und Sorbit, Methylglykosid, ferner Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Tetraäthylenglykol, Polyäthylenglykole, Dipropylenglykol, Polypropylenglykole, Dibutylenglykol und Polybutylenglykole in Frage. Die Polyester können anteilig endständige Carboxylgruppen aufweisen. Auch Polyester aus Lactonen, z.B. E-Caprolacton oder Hydroxycarbonsäuren, z.B. w-Hydroxycapronsäure, sind einsetzbar.The hydroxyl-containing polyesters in question are, for example, reaction products of polyhydric, preferably dihydric and optionally additionally trihydric alcohols with polyhydric, preferably dihydric, carboxylic acids. Instead of the free polycarboxylic acids, it is also possible to use the corresponding polycarboxylic anhydrides or corresponding polycarboxylic esters of lower alcohols or mixtures thereof for the preparation of the polyesters be used. The polycarboxylic acid can be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic and / or heterocyclic in nature and optionally substituted, for example by halogen atoms, and / or unsaturated. Examples include: succinic acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid, Sebacic acid, phthalic acid, isophthalic acid, trimellitic acid, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, fumaric acid, dimer of oleic acid and trimeric fatty acids, for example, optionally in admixture with monomeric fatty acids, terephthalic acid, terephthalic acid-bis-glykolester . Polyhydric alcohols include, for example, ethylene glycol, propylene glycol (1,2) and - (1,3), butylene glycol (1,4) and - (2,3), hexanediol (1,6), octanediol (1, 8), neopentyl glycol cyclohexanedimethanol (1,4-bis-hydroxymethylcyclohexane), 2-methyl-1,3-propanediol, glycerin, trimethylolpropane, hexanetriol- (1,2,6), butanetriol- (1,2,4), Trimethylolethane, pentaerythritol, quinite, mannitol and sorbitol, methylglycoside, also diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycols, dipropylene glycol, polypropylene glycols, dibutylene glycol and polybutylene glycols in question. The polyesters may have a proportion of terminal carboxyl groups. Polyesters of lactones, for example E- caprolactone or hydroxycarboxylic acids, for example w-hydroxycaproic acid, can also be used.

Auch die erfindungsgemäß in Frage kommenden, vorzugsweise zwei Hydroxylgruppen aufweisenden Polyäther sind solche der an sich bekannter Art und werden z.B. durch Polymerisation von Epoxiden wie Athylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Tetrahydrofuran, Styroloxid oder Epichlorhydrin mit sich selbst, z.B. in Gegenwart von BFa, oder durch Anlagerung dieser Epoxide, gegebenenfalls ims Gemisch oder nacheinander, an Startkomponenten mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen wie z.B. Wasser oder Alkohole wie Äthylenglykol, Propylenglykol-(1,3) oder -(1,2), 4,4'-Dihydroxy-Diphenylpropan, hergestellt.The polyethers which are preferred according to the invention and preferably have two hydroxyl groups are those of the type known per se and are, for example, polymerized with themselves, for example in the presence of BF a , by polymerization of epoxides such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, tetrahydrofuran, styrene oxide or epichlorohydrin by adding these epoxides, optionally in a mixture or in succession, to starting components with reactive hydrogen atoms such as water or alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol (1,3) or - (1,2), 4,4'-dihydroxy-diphenylpropane.

Auch durch Vinylpolymerisate modifizierte Polyäther, wie sie z.B. durch Polymerisation von Styrol, Acrylnitril in Gegenwart von Polyäthern entstehen (amerikanische Patentschriften 3 383 351, 3 304 273, 3 523 093, 3 110 695, deutsche Patentschrift 1 152 536), sind ebenfalls geeignet. Die anteilig gegebenenfalls mitzuverwendenden höherfunktionellen Polyäther entstehen in analoger Weise durch an sich bekannte Alkoxylierung von höherfunktionellen Starter molekülen z.B. Ammoniak, Äthanolamin, Äthylendiamin oder Sukrose.Polyethers modified by vinyl polymers, e.g. by polymerization of styrene or acrylonitrile in the presence of polyethers (American patents 3,383,351, 3,304,273, 3,523,093, 3,110,695, German patent 1,152,536) are also suitable. The proportionally higher-functionality polyethers to be used, if appropriate, are formed in an analogous manner by known alkoxylation of higher-functionality starter molecules, e.g. Ammonia, ethanolamine, ethylenediamine or sucrose.

Unter den Polythioätham seien insbesondere die Kondensationsprodukte von Thiodiglykol mit sich selbst und/oder mit anderen Glykolen, Dicarbonsäuren, Formaldehyd, Aminocarbonsäuren oder Aminoalkoholen angeführt. Je nach den CO-Komponenten handelt es sich bei den Produkten um Polythiomischäther, Polythioätherester, Polythioätheresteramide.Among the polythioethers, the condensation products of thiodiglycol with itself and / or with other glycols, dicarboxylic acids, formaldehyde, aminocarboxylic acids or amino alcohols should be mentioned in particular. Depending on the CO components, the products are polythio ether, polythio ether ester, polythio ether ester amide.

Als Polyacetale kommen z.B. die aus Glykolen, wie Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, 4,4'-Diox- äthoxy-diphenyldimethylmethan, Hexandiol und Formaldehyd herstellbaren Verbindungen in Frage. Auch durch Polymerisation cyclischer Acetale lassen sich erfindungsgemäß geeignete Polyacetale herstellen.As polyacetals e.g. the compounds which can be prepared from glycols, such as diethylene glycol, triethylene glycol, 4,4'-diox-ethoxy-diphenyldimethylmethane, hexanediol and formaldehyde. Polyacetals suitable according to the invention can also be prepared by polymerizing cyclic acetals.

Als Hydroxylgruppen aufweisende Polycarbonate kommen solche der an sich bekannten Art in Betracht, die z.B. durch Umsetzung von Diolen wie Propandiol-(1,3), Butandiol-(1,4) und/oder Hexandiol-(1,6), Diäthylenglykol, Triäthylenglykol Tetraäthylenglykol mit Diarylcarbonaten, z.B. Diphenylcarbonat oder Phosgen, hergestellt werden können.Suitable polycarbonates containing hydroxyl groups are those of the type known per se, which e.g. by reacting diols such as propanediol (1,3), butanediol (1,4) and / or hexanediol (1,6), diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, with diaryl carbonates, e.g. Diphenyl carbonate or phosgene can be produced.

Zu den Polyesteramiden und Polyamiden zählen z.B. die aus mehrwertigen gesättigten und ungesättigten Carbonsäuren bzw. deren Anhydriden und mehrwertigen gesättigten und ungesättigten Aminoalkoholen, Diaminen, Polyaminen und ihren Mischungen gewonnenen, vorwiegend linearen Kondensate. Auch bereits Urethan- oder Harnstoffgruppen enthaltende Polyhydroxylverbindungen sind verwendbar.The polyester amides and polyamides include e.g. the predominantly linear condensates obtained from polyvalent saturated and unsaturated carboxylic acids or their anhydrides and polyvalent saturated and unsaturated amino alcohols, diamines, polyamines and their mixtures. Polyhydroxyl compounds already containing urethane or urea groups can also be used.

Die erfindungsgemäß einzusetzende Polyhydroxyl-Komponente besteht vorzugsweise ausschließlich aus den beispielhaft genannten Glykolen. Daneben kommen wie bereits dargelegt Gemische derartiger Glykole mit höherfunktionellen Polyhydroxylverbindungen in Betracht, soweit die mittlere Hydroxylfunktionalität der Gemische innerhalb des obengenannten Bereichs liegt. Auch die Mitverwendung von einwertigen Alkoholen in der erfindungsgemäß zum Einsatz gelangenden Polyhydroxyl- komponente ist möglich, wobei auch denkbar ist, daß die Polyhydroxylkomponente ausschließlich aus einem Gemisch aus einwertigen und höher als difunktionellen Alkoholen besteht, soweit die obengenannte Bedingung bezüglich der mittleren OH-Funktionalität des Gemischs erfüllt ist. Im allgemeinen wird man jedoch bei Mitverwendung von ein- oder höher als zweiwertigen Alkoholen stets auch gleichzeitig eine Glykolkomponente im Polyhydroxylgemisch einsetzen.The polyhydroxyl component to be used according to the invention preferably consists exclusively of the glycols mentioned by way of example. Additional possible as already stated mixtures of such glycols with higher f unktionellen polyhydroxyl compounds into consideration, provided that the average hydroxyl functionality of the mixture within the above range. It is also possible to use monohydric alcohols in the polyhydroxyl component used according to the invention, although it is also conceivable that the polyhydroxyl component consists exclusively of a mixture of monohydric and higher than difunctional alcohols, provided the above-mentioned condition regarding the average OH functionality of the Mixture is satisfied. In general, however, when using monohydric or higher than dihydric alcohols, a glycol component will always be used in the polyhydroxyl mixture at the same time.

Geeignete einwertige Alkohole sind z.B. einfache aliphatische, cycloaliphatische oder araliphatische einwertige Alkohole wie Methanol, Äthanol, Dodecanol, Benzylalkohol oder Cyclohexanol. Die Mitverwendung derartiger einfacher einwertiger Alkohole ist jedoch weniger bevorzugt.Suitable monohydric alcohols are e.g. simple aliphatic, cycloaliphatic or araliphatic monohydric alcohols such as methanol, ethanol, dodecanol, benzyl alcohol or cyclohexanol. However, the use of such simple monohydric alcohols is less preferred.

Zwecks Erhöhung der Hydrophilie der Präpolymeren kann es oft von Vorteil sein, hydrophile nichtionische Aufbaukomponenten d.h. insbesondere innerhalb von Polyätherketten eingebaute Äthylenoxid-Einheiten aufweisende ein- oder zweiwertige Alkohole mitzuverwenden. Bei diesen hydrophilen Aufbaukomponenten handelt es sich entweder um Polyäthylenoxid-Segmente aufweisende Dihydroxy-Polyäther eines innerhalb der oben für die Glykole genannten Bereichs liegenden Molekulargewichts oder um einwertige Äthylenoxid-Einheiten aufweisende Polyätheralkohole mit einem Molekulargewicht innerhalb des oben für die einwertigen Alkohole genannten Bereichs. Derartige hydrophile Aufbaukomponenten werden beispielsweise in der Patentanmeldung P 26 37 690.9 beschrieben.In order to increase the hydrophilicity of the prepolymers, it can often be advantageous to use hydrophilic nonionic structural components, i.e. especially monohydric or dihydric alcohols containing ethylene oxide units built into polyether chains. These hydrophilic structural components are either dihydroxy polyethers having polyethylene oxide segments and a molecular weight within the range mentioned above for the glycols, or polyether alcohols having monovalent ethylene oxide units and having a molecular weight within the range mentioned above for the monohydric alcohols. Such hydrophilic structural components are described, for example, in patent application P 26 37 690.9.

Häufig werden als Polyhydroxylkomponente Gemische aus den genannten Polyhydroxyverbindungen eingesetzt, z.B. um Härte, Elastizität und Griff-Verhalten der aus den Dispersionen erzeugten Beschichtungen den gestellten Forderungen anzupassen.Mixtures of the polyhydroxy compounds mentioned are frequently used as the polyhydroxyl component, e.g. to adapt the hardness, elasticity and grip behavior of the coatings produced from the dispersions to the requirements.

Die niedermolekularen ein- zwei und mehrwertigen Alkohole werden, falls überhaupt, vorzugsweise in Mengen bis zu maximal 50 Hydroxyl-Äquivalentprozent bezogen auf die gesamte Polyhydroxyl-Komponente mitverwendet.The low molecular weight monohydric and polyhydric alcohols are used, if at all, preferably in amounts of up to a maximum of 50 hydroxyl equivalent percent based on the total polyhydroxyl component.

Die Polyhydroxyl-Komponente wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem oder mehreren intramolekularen Tricarbonsäuremonoanhydrid(en) oder Tetracarbonsäuremono- anhydrid(en) zur Reaktion gebracht. Bei dieser Umsetzung reagiert ein Teil oder die Gesamtmenge der Hydroxylgruppen der Polyhydroxylkomponente mit dem Anhydrid unter Ringöffnungsaddition, d.h. unter Ausbildung von Estergruppen.When carrying out the process according to the invention, the polyhydroxyl component is reacted with one or more intramolecular tricarboxylic acid monoanhydride (s) or tetracarboxylic acid monoanhydride (s). In this reaction, part or all of the hydroxyl groups of the polyhydroxyl component react with the anhydride with ring opening addition, i.e. with formation of ester groups.

Bei den Anhydriden handelt es sich um beliebige, mindestens eine freie Carboxylgruppe aufweisende intramolekulare Tricarbonsäuremonoanhydride bzw. Tetracarbonsäuremonoanhydride. Es handelt sich somit generell um beliebige Monoanhydride von aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Tri- oder Tetracarbonsäuren. Beispiele besonders gut geeigneter Monoanhydride sind Trimellitsäureanhydrid, meso-1,2,3,4-Butantetracarbonsäuremonoanhydrid, 1,2,3,4-Cyclopentan-tetracarbonsäuremonoanhydrid ebenfalls geeignet, jedoch weniger bevorzugt sind äquimolare Umsetzungsprodukte von Tetracarbonsäuredianhydriden mit einfachen Monoalkoholen der bereits oben beispielhaft genannten Art, d.h. die bei dieser Umsetzung entstehenden Ester-Anhydrid-Monocarbonsäuren. Für diese Reaktion eignen sich beispielsweise folgende Tetracarbonsäuredianhydride:

  • 1. Pyromellithsäuredianhydrid (1,2,4,5-Benzoi-tetracarbonsäuredianhydrid);
  • 2. Bicyclo-(2,2,2)-octen-(7)-2,3,5,6-tetracarbonsäure-2,3:5,6-dianhydrid;
  • 3. Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäuredianhydrid;
  • 4. Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid
  • 5. Tetracarbonsäureanhydride folgender Konstitution
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
    wobei R für eine C1―C12-Alkylen, -CO-, -0-, -S-, -SO2= -Brücke steht, wobei die Alkylenbrücke auch Heteroatome aufweisen kann, d.h. insbesondere, daß die Alkylengruppe an die Ringe über Estergruppen gebunden sein kann. Weitere erfindungsgemäß einsetzbare Carboxyanhydride oder als Vorstufen hierfür geeignete Dianhydride können der DOS 2 443 575, S. 6-7, entnommen werden.
The anhydrides are any intramolecular tricarboxylic acid monoanhydrides or tetracarboxylic acid monoanhydrides which have at least one free carboxyl group. It is therefore generally any monoanhydrides of aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic tri- or tetracarboxylic acids. Examples of particularly suitable monoanhydrides are trimellitic anhydride, meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid monoanhydride, 1,2,3,4-cyclopentane-tetracarboxylic acid monoanhydride, but less preferred are equimolar reaction products of tetracarboxylic acid dianhydrides with simple monoalcohols of those already mentioned above as examples Type, ie the ester anhydride monocarboxylic acids formed in this reaction. The following tetracarboxylic dianhydrides are suitable for this reaction:
  • 1. pyromellitic dianhydride (1,2,4,5-benzoetetracarboxylic dianhydride);
  • 2. Bicyclo- (2,2,2) -octen- (7) -2,3,5,6-tetracarboxylic acid 2,3: 5,6-dianhydride;
  • 3. Perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid dianhydride;
  • 4. Naphthalene tetracarboxylic acid dianhydride
  • 5. Tetracarboxylic anhydrides of the following constitution
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
    where R is a C 1 ―C 12 alkylene, -CO-, -0-, -S-, -SO 2 = bridge, wherein the alkylene bridge can also have heteroatoms, ie in particular that the alkylene group on the rings Ester groups can be bound. Further carboxy anhydrides which can be used according to the invention or dianhydrides which are suitable as precursors therefor can be found in DOS 2 443 575, pp. 6-7.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige organische Diisocyanate eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Diisocyanate Rl(NCO)2 eingesetzt, wobei R1 die bereits obengenannte Bedeutung hat und vorzugsweise für einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele derartiger bevorzugt einzusetzender Diisocyanate sind Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Dodecamethylendiisocyanat, 1,4-Diisocyanato-cyciohexan, 1-lsocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan, 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanato-dicyclohexylpropan-(2,2), 1,4-Diisocyanatobenzol, 2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan, 4,4'-Diisocyanato-diphenylpropan-(2,2), p-Xylylen-diisocyanat oder a,a,a',a'-Tetramethyl-m- oder p-xylylen-diisocyanat, sowie aus diesen Verbindungen bestehende Gemische.Any organic diisocyanates can be used in the process according to the invention. Diisocyanates R 1 (NCO) 2 are preferably used, where R 1 has the meaning already mentioned and preferably for an aliphatic hydrocarbon radical with 4 to 12 carbon atoms, a cycloaliphatic hydrocarbon radical with 6 to 15 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon radical with 6 to 15 carbon atoms or one araliphatic hydrocarbon radical having 7 to 15 carbon atoms. Examples of such preferred diisocyanates are tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, 1,4-diisocyanato-cyciohexane, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane, 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane, 4,4'-diisocyanato- dicyclohexylpropane- (2,2), 1,4-diisocyanatobenzene, 2,4-diisocyanatotoluene, 2,6-diisocyanatotoluene, 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane, 4,4'-diisocyanato-diphenylpropane- (2,2), p- Xylylene diisocyanate or a, a, a ', a'-tetramethyl-m or p-xylylene diisocyanate, and mixtures consisting of these compounds.

Es ist selbstverständlich auch möglich, beim erfindungsgemäßen Verfahren die in der Polyurethan-Chemie an sich bekannten höherfunktionellen Polyisocyanate oder auch an sich bekannte modifizierte, beispielsweise Carbodiimidgruppen, Allophanatgruppen, Isocyanuratgruppen, Urethan- gruppen und/oder Biuretgruppen aufweisende Polyisocyanate mit zuverwenden. Auch die Mitverwendung von Monoisocyanaten wie z.B. Phenylisocyanat oder Dodecylisocyanat bzw. von teilblockierten Polyisocyanaten ist im Prinzip möglich. Es muß jedoch stets darauf geachtet werden, daß die mittlere NCO-Funktionalität der Polyisocyanatkomponente zwischen 1,8 und 3,0 liegt.It is of course also possible in the process according to the invention to use the polyfunctional polyisocyanates known per se in polyurethane chemistry, or else modified polyisocyanates containing, for example, carbodiimide groups, allophanate groups, isocyanurate groups, urethane groups and / or biuret groups. The use of monoisocyanates such as e.g. Phenyl isocyanate or dodecyl isocyanate or partially blocked polyisocyanates are possible in principle. However, care must always be taken to ensure that the average NCO functionality of the polyisocyanate component is between 1.8 and 3.0.

Zur Teilneutralisation des Umsetzungsprodukts zwischen Polyhydroxylkomponente und Carboxyl- gruppen aufweisendem Anhydrid eignen sich beliebige anorganische oder organische Basen. Bevorzugte Neutralisationsmittel sind tert. Amine des Molekulargewichtsbereichs 59-200 wie z.B. Trimethylamin, Triäthylamin, Triisopropylamin, Tributylamin, N-Methylpyrrolidin, N-Methylpiperidin, Dimethylaminoäthanol, Dimethylaminopropanol, Dimethylanilin, Pyridin. 2-Methoxyäthyl-dimethylamin, 2-(2-Dimethylamino-äthoxy)-äthanol, 5-Diäthylamino-2-pentanon. Weiterhin geeignet sind anorganische Basen wie die Hydrcxyde, Oxyde, Carbonate, Hydrogencarbonate der Alkalimetalle, insbesondere Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Lithiumhydroxyd, Kaliumcarbonat. Diese anorganischen Verbindungen können entweder als solche in feinpulverisierter Form oder auch als wäßrige bzw. alkoholische Lösungen zugegeben werden. Im Falle der Mitverwendung eines gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Lösungsmittels, wie Methanol oder Wasser muß dieses anschließend destillativ wieder entfernt werden.Any inorganic or organic bases are suitable for the partial neutralization of the reaction product between the polyhydroxyl component and anhydride having carboxyl groups. Before drawn neutralizing agents are tert. Amines of the molecular weight range 59-200 such as trimethylamine, triethylamine, triisopropylamine, tributylamine, N-methylpyrrolidine, N-methylpiperidine, dimethylaminoethanol, dimethylaminopropanol, dimethylaniline, pyridine. 2-methoxyethyl-dimethylamine, 2- (2-dimethylamino-ethoxy) ethanol, 5-diethylamino-2-pentanone. Also suitable are inorganic bases such as the hydroxides, oxides, carbonates, hydrogen carbonates of the alkali metals, in particular sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, potassium carbonate. These inorganic compounds can be added either as such in finely powdered form or as aqueous or alcoholic solutions. If a solvent which is reactive towards isocyanates, such as methanol or water, is also used, this must then be removed again by distillation.

Die Umsetzungen der ersten bis dritten Reaktionsstufe können in Anwesenheit von organischen Lösungsmitteln, insbesondere solchen polarer Art, wie Aceton, Methyläthylketon, N-Methylpyrrolidin, Methylenchlorid erfolgen, wobei im allgemeinen das Lösungsmittel in dem Maße zugegeben wird, wie die steigende Viskosität der Polymerschmelze es erfordert. Vorzugsweise wird bei erhöhter Temperatur und in Abwesenheit von Lösungsmitteln gearbeitet. Sofern aus Viskositätsgründen die Anwesenheit von Lösungsmitteln unumgänglich ist werden vorzugsweise nicht mehr als ca. 10%, bezogen auf das Reaktionsgemisch eingesetzt. Wenn möglich werden solche Lösungsmittel eingesetzt, die auch vom Gesichtspunkt der späteren Anwendung erwünscht sind und beispielsweise eine Erniedrigung der Film-. bildungstemperatur, Verbesserung des Verlaufs, des Trocknungsverhaltems usw. bewirken. Für die erfindungsgemäß bevorzugten Lack-Dispersionen werden insbesondere Lack-Lösungsmittel zugesetzt, z.B. Methyl-isobutvlketon, Glykol-monomethylätheracetat, Glykol-diäthyläther.The reactions of the first to third reaction stages can be carried out in the presence of organic solvents, in particular those of a polar type, such as acetone, methyl ethyl ketone, N-methylpyrrolidine, methylene chloride, the solvent being generally added to the extent that the increasing viscosity of the polymer melt requires it . The process is preferably carried out at elevated temperature and in the absence of solvents. If the presence of solvents is unavoidable for reasons of viscosity, preferably no more than about 10%, based on the reaction mixture, is used. If possible, those solvents are used which are also desirable from the point of view of later application and, for example, a reduction in the film. education temperature, improvement of flow, drying behavior, etc. cause. For the paint dispersions preferred according to the invention, paint solvents in particular are added, e.g. Methyl isobutyl acetate, glycol monomethyl ether acetate, glycol diethyl ether.

. Für die erste Reaktionsstufe, die Umsetzung der Polyhydroxyl-Komponente mit dem Carboxy-anhydrid werden die Mengenverhältnisse der Reaktionspartner so gewält, daß im Reaktionsgemisch für jede Hydroxylgruppe der Polyhydroxylkomponente 0,05-1 vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Anhydridgruppen vorliegen. Diese Umsetzung erfolgt vorzugsweise bei 40-170°C insbesondere bei 50-150°C so lange, bis im IR-Spektrum einer Probe die charakteristischen Anhydrid-Banden bei 1780 cm-' und 1860 cm-' verschwunden sind.. For the first reaction stage, the reaction of the polyhydroxyl component with the carboxy-anhydride, the proportions of the reactants are chosen so that 0.05-1, preferably 0.1 to 0.5, anhydride groups are present in the reaction mixture for each hydroxyl group of the polyhydroxyl component. This reaction is preferably carried out at 40-170 ° C., in particular at 50-150 ° C., until the characteristic anhydride bands at 1780 cm- 'and 1860 cm-' have disappeared in the IR spectrum of a sample.

Im nächsten Reaktionsschritt werden dann die Carboxylgruppen des Umsetzungsprodukts aus Polyhydroxyl-Komponente und Carboxy-Anhydrid, welches im Gemisch mit überschüssiger, nicht modifizierter Polyhydroxylkomponente vorliegen kann, mit den beispielhaft genannten Basen so teilneutralisiert, daß in einem Mol des teilneutralisierten Umsetzungsprodukts 0,1-4, vorzugsweise 0,2-1 Mol Carboxylatgruppen, mindestens 0,1 Mol Carboxylgruppen und insgesamt 1,8-3,8, vorzugsweise 1,8-2,2 Mol Carboxyl- und gegebenenfalls Hydroxylgruppen vorliegen. Am einfachsten ist die Teilneutralisation mit tert.-Aminen, die einfach in der benötigten Menge dem Reaktionsgemisch zugegeben werden. Unter den Aminen mit gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Gruppen sind diejenigen bevorzugt, bei denen die Reaktivität dieser Gruppe wenig ausgeprägt ist, z.B. sek.- oder tert.-Hydroxygruppen oder Amid- oder Urethan-Gruppen, Anorganische Basen werden vorzugsweise in wäßriger oder alkoholischer Lösung zugesetzt, wobei das Lösungsmittel anschließend destillativ entfernt werden muß.In the next reaction step, the carboxyl groups of the reaction product from the polyhydroxyl component and carboxy anhydride, which may be present in a mixture with excess, unmodified polyhydroxyl component, are partially neutralized with the bases mentioned by way of example so that 0.1-4 in one mole of the partially neutralized reaction product , preferably 0.2-1 mol of carboxylate groups, at least 0.1 mol of carboxyl groups and a total of 1.8-3.8, preferably 1.8-2.2 mol of carboxyl and optionally hydroxyl groups are present. Partial neutralization is easiest with tertiary amines, which are simply added to the reaction mixture in the required amount. Among the amines with isocyanate-reactive groups, preferred are those in which the reactivity of this group is poor, e.g. sec- or tert-hydroxy groups or amide or urethane groups, inorganic bases are preferably added in aqueous or alcoholic solution, the solvent then having to be removed by distillation.

Die nächste Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Umsetzung des Carboxylat und freie Carboxylgruppen sowie gegebenenfalls Hydroxylgruppen aufweisenden teilneutralisierten Umsetzungsprodukts, sowie der gegebenenfalls im Gemisch vorliegenden, nichtmodifizierten Polyhydroxylkomponente mit den beispielhaft genannten Polyisocyanaten zum entsprechenden NCO-Präpolymeren. Bei dieser Umsetzung entstehen aus Hydroxyl-Gruppen Urethan- gruppen und aus Carboxyl-Gruppen unter CO2-Abspaltung Amidgruppen, so daß ein NCO-Präpolymer entsteht, welches Amid-, Carboxylat- und gegebenenfalls Urethangruppen enthält. Die Mengenverhältnisse werden bei dieser Umsetzung so gewählt, daß auf jedes Äquivalent an gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen (Carboxyl- und gegebenenfalls Hydroxylgruppen) 1,2 bis 2 und insbesondere 1,3 bis 1,8 Äquivalente NCO-Gruppen entfallen. Es ist auch möglich, einen hohen Polyisocyanatüberschuß einzusetzen und nach Beendigung der Isocyanat-Additionsreaktion das überschüssige Polyisocyanat beispielsweise durchDestillation zu entfernen. Die Umsetzung wird im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 40 und 150°C, vorzugsweise 45 bis 130°C, durchgeführt. Insbesondere im Falle der Verwendung von verzweigten Reaktionspartnern für die Polyisocyanat- Komponente, d.h. von Verbindungen die im statistischen Mittel insgesamt mehr als zwei Carboxyl- und Hydroxylgruppen aufweisen, kann es hierbei zweckmäßig sein, die Isocyanats-Additionsreaktion nicht bis zum vollständigen Umsatz, d.h. bis zum vorausberechneten NCO-Gehalt der Umsetzungsprodukte zu führen. So ist es beispielsweise möglich, die Reaktion zu einem Zeitpunkt abzubrechen, zu welchem im Reaktionsgemisch noch freie Carboxyl- und gegebenenfalls Hydroxylgruppen neben freien Isocyanatgruppen vorliegen. Dieser Abbruch der Reaktion kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man das nicht völlig ausreagierte Reaktionsgemisch sofort der Kettenverlängerungsreaktion gemäß vierter Reaktionsstufe, beispielsweise durch Eintragen des Reaktionsgemisches in eine wäßrige Diaminlösung, unterzieht.The next reaction stage of the process according to the invention consists in the reaction of the carboxylate and free carboxyl groups as well as optionally partially neutralized reaction product containing hydroxyl groups, as well as the unmodified polyhydroxyl component optionally present in a mixture with the polyisocyanates mentioned as examples to give the corresponding NCO prepolymer. In this reaction, urethane groups are formed from hydroxyl groups and amide groups are formed from carboxyl groups with elimination of CO 2 , so that an NCO prepolymer is formed which contains amide, carboxylate and optionally urethane groups. The proportions in this reaction are chosen so that each equivalent of groups that are reactive toward isocyanate groups (carboxyl and optionally hydroxyl groups) account for 1.2 to 2 and in particular 1.3 to 1.8 equivalents of NCO groups. It is also possible to use a large excess of polyisocyanate and, after the isocyanate addition reaction has ended, to remove the excess polyisocyanate, for example by distillation. The reaction is generally carried out at temperatures between 40 and 150 ° C, preferably 45 to 130 ° C. Particularly in the case of using branched reactants for the polyisocyanate component, ie of compounds which have a total of more than two carboxyl and hydroxyl groups on a statistical average, it can be expedient here not to complete the isocyanate addition reaction, ie until to calculate the predicted NCO content of the reaction products. For example, it is possible to terminate the reaction at a point in time in which free carboxyl and optionally hydroxyl groups are present in addition to free isocyanate groups in the reaction mixture. This reaction can be terminated, for example, by immediately subjecting the reaction mixture which has not fully reacted to the chain extension reaction according to the fourth reaction stage, for example by introducing the reaction mixture into an aqueous diamine solution.

Bei dieser Arbeitsweise, bei welcher nicht alle Carboxyl-bzw. Hydroxylgruppen mit der Polyisocyanat-Komponente zur Reaktion gebracht werden wird vorzugsweise in einem Aquivalentverhältnis zwischen Isocyanatgruppen und gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen von 0,8:1 bis 1,2:1 gearbeitet, d.h. es ist auch denkbar die Polvisocvanat-Komponente in einer Menge einzusetzen, die einem Äquivalentverhältnis von Isocyanatgruppen gegenüber Isocyanat-reaktiven Gruppen von kleiner als 1:1 entspricht, da die Isocyanat-Additionsreaktion bei der Bildung der Präpolymeren nicht zu Ende geführt wird und durch diesen nur teilweisen Umsatz der eingesetzten Isocyanatgruppen auch bei einer unterschüssigen Menge an Polyisocyanat-Komponente sichergestellt ist, daß das Reaktionsprodukt noch freie Isocyanatgruppen aufweist. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein zu starker Anstieg der Viskosität des NCO-Präpolymeren und eine vorzeitige Vernetzung auch bei Verwendung von Verbindungen mit mehr als zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen mit Sicherheit vermieden werden.In this procedure, in which not all carboxyl or. Hydroxyl groups are reacted with the polyisocyanate component is preferably in an equivalent ratio between isocyanate groups and groups reactive to isocyanate groups from 0.8: 1 to 1.2: 1 worked, ie it is also conceivable to use the polvisocvanate component in an amount which corresponds to an equivalent ratio of isocyanate groups to isocyanate-reactive groups of less than 1: 1, since the isocyanate addition reaction does not occur in the formation of the prepolymers is carried out to the end and this partial conversion of the isocyanate groups used ensures that the reaction product still has free isocyanate groups even with a deficient amount of polyisocyanate component. In this embodiment of the method according to the invention, an excessive increase in the viscosity of the NCO prepolymer and premature crosslinking can be avoided with certainty even when using compounds with more than two groups which are reactive toward isocyanate groups.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können als Polyisocyanat- Komponente in der dritten Verfahrensstufe auch teilblockierte Polyisocyanate bzw. Gemische aus mono-, di- und/oder polyfunktionellen Isocyanaten mit teilblockierten Polyisocyanaten zum Einsatz gelangen. Auch bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch geeignete Wahl der Funktionalität der Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen und/oder der Funktionalität der Polyisocyanat-Komponente (bezogen auf freie Isocyanatgruppen) sichergestellt werden, daß einerseits eine vorzeitige unerwünschte Viskositätserhöhung bzw. Vernetzung unterbleibt und andererseits Zwischenprodukte mit endständigen Isocyanatgruppen und außerdem blockierten lsocyanatgruppen, sowie bei nicht vollständiger Umsetzung gemäß oben gemachten Ausführungen mit freien Carboxyl-bzw. Hydroxylgruppen erhalten werden. Geeignete teilblockierte Polyisocyanate sind insbesondere teilblockierte Polyisocyanate welche im statistischen Mittel pro Molekül 1,8-2,2 freie Isocyanatgruppen aufweisen, d.h. beispielsweise Triisocyanate mit einer blockierten und zwei unblockierten Isocyanatgruppen. Geeignete teilblockierte Polyisocyanate aufweisende Gemische sind insbesondere solche, welche entweder die' 'zuletztgenannten teilblockierten Polyisocyanate oder aber auch monoblockierte Diisocyanate neben mono-, di- und/oder polyfunktioneIsen Polyisocyanaten enthalten, wobei die einzelnen Komponenten dieser Gemische so ausgewählt werden sollten, daß die mittlere NCO-Funktionalität (bezogen auf freie Isocyanatgruppen) zwischen 1,8 und 2,2 liegt. Bei Verwendung von gemäß dieser variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten NCO-Präpolymeren im nachstehend beschriebenen vierten Reaktionsschritt können hochmolekulare Polyurethane erhalten werden, welche blockierte Isocyanatgruppen und gegebenenfalls Carboxyl-bzw. Hydroxylgruppen aufweisen und daher durch den Einfluß von Hitze selbstvernetzende Systeme darstellen.In a further variant of the process according to the invention, partially blocked polyisocyanates or mixtures of mono-, di- and / or polyfunctional isocyanates with partially blocked polyisocyanates can also be used as the polyisocyanate component in the third process stage. In this variant of the process according to the invention, too, a suitable choice of the functionality of the compounds with groups which are reactive toward isocyanate groups and / or the functionality of the polyisocyanate component (based on free isocyanate groups) can ensure that, on the one hand, there is no premature undesirable increase in viscosity or crosslinking and on the other hand Intermediates with terminal isocyanate groups and also blocked isocyanate groups, and in the case of incomplete reaction according to the statements made above with free carboxyl or. Hydroxyl groups can be obtained. Suitable partially blocked polyisocyanates are, in particular, partially blocked polyisocyanates which have a statistical average of 1.8-2.2 free isocyanate groups per molecule, i.e. for example triisocyanates with one blocked and two unblocked isocyanate groups. Suitable mixtures containing partially blocked polyisocyanates are, in particular, those which contain either the last-mentioned partially blocked polyisocyanates or else monoblocked diisocyanates in addition to mono-, di- and / or polyfunctional polyisocyanates, the individual components of these mixtures should be selected such that the average NCO Functionality (based on free isocyanate groups) is between 1.8 and 2.2. When using NCO prepolymers prepared according to this variant of the process according to the invention in the fourth reaction step described below, high molecular weight polyurethanes can be obtained which contain blocked isocyanate groups and optionally carboxyl or. Have hydroxyl groups and therefore represent self-crosslinking systems due to the influence of heat.

Geeignete Blockierungsmittel sind die in der Polyurethanchemie an sich bekannten monofunktionellen Blockierungsmittel für organische Polyisocyanate wie z.B. E-Caprolactam, Phenole wie z.B. Phenol oder o-Kresol, Ketoxime wie z.B. Methläthylketon-ketoxim oder C-H-acide Verbindungen wie Malonsäurediäthylester. Die Herstellung der teilblockierten Polyisocyanate erfolgt unter Verwendung der oben beispielhaft genannten organischen Polyisocyanate nach bekannten Methoden der Isocyanatchemie.Suitable blocking agents are the monofunctional blocking agents known per se in polyurethane chemistry for organic polyisocyanates such as E- caprolactam, phenols such as phenol or o-cresol, ketoximes such as methyl ethyl ketone ketoxime or CH-acidic compounds such as diethyl malonate. The partially blocked polyisocyanates are prepared using the organic polyisocyanates exemplified above by known methods of isocyanate chemistry.

Die nächste Stufe des erfindungsgemäßen Verfafirens besteht nun in der Überführung der vorstehend beschriebenen NCO-Präpolymeren in die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte durch eine an sich bekannte Kettenverlängerungs- bzw. Vernetzungsreaktion. (Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter "Kettenverlängerung" sowohl eine echte Kettenverlängerung ohne Verzweigung als auch eine Verzweigung bzw. Vernetzung der Präpolymeren (Verwendung von höer als difunktionellen "Kettenverlängerungsmitteln") zu verstehen). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird diese Kettenverlängerungsreaktion mit der gleichzeitigen Uberführung des Verfahrensprodukts in eine wäßrige Dispersion kombiniert. Die einfachste Methode hierzu besteht in der ausschließlichen Verwendung von Wasser als Kettenverlängerungsmittel. Dies bedeutet, daß das flüssige, bzw. in honigartiger Konsistenz vorliegende Präpolymer mit einer 0,2 bis 10-fachen Gewichtsmenge an Wasser verrührt wird. Für diesen Mischvorgang genügen einfache Laboratoriumsrührer, obwohl selbstverständlich auch der Einsatz von Dispergiermaschinen mit hohen Scherkräften ebenso wie die Zuhilfenahme nicht-mechanischer Dispergiermittel wie Ultraschallwellen extrem hoher Frequenz möglich ist. Die Temperatur bei dem Mischvorgang liegt zwischen 1 ° und 180°C, vorzugsweise zwischen 20°C und 100°C. Dieser Prozeß kann durchaus auch unter Druck durchgeführt werden.The next step of the process according to the invention now consists in converting the above-described NCO prepolymers into the process products according to the invention by means of a chain extension or crosslinking reaction which is known per se. (In the context of the present invention, "chain extension" is understood to mean both a real chain extension without branching and also a branching or crosslinking of the prepolymers (use of higher than difunctional "chain extension agents"). According to a preferred embodiment of the process according to the invention, this chain extension reaction is combined with the simultaneous conversion of the process product into an aqueous dispersion. The simplest way to do this is to use water only as a chain extender. This means that the liquid prepolymer or honey-like consistency is stirred with a 0.2 to 10-fold amount by weight of water. Simple laboratory stirrers are sufficient for this mixing process, although it is of course also possible to use dispersing machines with high shear forces as well as the use of non-mechanical dispersing agents such as ultrasonic waves of extremely high frequency. The temperature during the mixing process is between 1 ° and 180 ° C, preferably between 20 ° C and 100 ° C. This process can also be carried out under pressure.

Die Kettenverlängerungsreaktion kann jedoch auch unter Verwendung von Gemischen aus Wasser und in Wasser löslichen Kettenverlängerungsmitteln erfolgen, wobei vorzugsweise Kettenverlängerungsmittel eingesetzt werden, welche gegenüber Isocyanatgruppen eine höhere Reaktivität aufweisen als Wasser. Es ist auch möglich, das NCO-Prepolymer in Wasser zu dispergieren und das genannte kettenverlängerungsmittel nach der erfolgten Dispergierung hinzuzufügen. Derartige Kettenverlängerungsmittel sind insbesondere aussschließlich primäre oder sekundäre Aminogruppen aufweisende Hydrazine oder Polyamine, vorzugsweise Hydrazine oder Diamine eines über 31, vorzugsweise zwischen 32 und 600 liegenden Molekulargewichts. Beispiele derartiger als Kettenverlängerungsmittel geeigneter Hydrazine oder Polyamine sind Hydrazin, Äthylendiamin, Diäthylentriamin, 1,2-Diaminopropan, 1,3-Diaminopropan, 3,3,5-Trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexylamin oder 1,4-Diaminobutan. Weitere geeignete bifunktionelle Kettenverlängerungsmittel sind in der DT-OS 1 495 847 oder in der DT-AS 1 237 306 beschrieben. Auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Wasser in einer 0,2 bis 10-fachen Gewichtsmenge, bezogen auf NCO-Präpolymer eingesetzt.The chain extension reaction can, however, also be carried out using mixtures of water and water-soluble chain extenders, chain extenders preferably being used which have a higher reactivity towards isocyanate groups than water. It is also possible to disperse the NCO prepolymer in water and to add the chain extender mentioned after the dispersion has taken place. Such chain extenders are in particular exclusively hydrazines or polyamines having primary or secondary amino groups, preferably hydrazines or diamines having a molecular weight above 31, preferably between 32 and 600. Examples of such hydrazines or polyamines suitable as chain extenders are hydrazine, ethylenediamine, diethylenetriamine, 1,2-diaminopropane, 1,3-diaminopropane, 3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexylamine or 1,4-diaminobutane. Further suitable bifunctional chain extenders are described in DT-OS 1 495 847 or in DT-AS 1 237 306. In this embodiment of the he According to the inventive method, the water is used in a 0.2 to 10 times the amount by weight, based on the NCO prepolymer.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Kettenverlängerungsreaktion unter Verwendung eines Gemisches aus Wasser und Polyaminen der genannten Art, welche zusätzlich noch durch chemisch fixierte ionische Gruppen, vorzugsweise durch chemisch fixierte Sulfonatgruppen modifiziert sind. Ein derartiges ionisch modifiziertes Kettenverlängerungsmittel ist z.B. das N-(2-Aminoäthyl)-2-aminoäthansulfonsaure Natrium.In a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, the chain extension reaction takes place using a mixture of water and polyamines of the type mentioned, which are additionally modified by chemically fixed ionic groups, preferably by chemically fixed sulfonate groups. Such an ionically modified chain extender is e.g. the N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid sodium.

Auch die in der vierten Reaktionsstufe erfolgende Kettenverlängerungsreaktion kann unter Mitverwendung von Lösungsmitteln, in welchen das Präpolymer gelöst vorliegt, vorgenommen werden, obwohl es einer der wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß auf derartige Lösungsmittel im Prinzip verzichtet werden kann. Die bei der Kettenverlängerungsreaktion gegebenenfalls einzusetzenden Lösungsmittel entsprechen den Lösungsmitteln, welche auch zur Herstellung der Präpolymere geeignet sind.The chain extension reaction which takes place in the fourth reaction stage can also be carried out using solvents in which the prepolymer is present in solution, although it is one of the essential advantages of the process according to the invention that such solvents can in principle be dispensed with. The solvents which may be used in the chain extension reaction correspond to the solvents which are also suitable for the preparation of the prepolymers.

Eine weitere Möglichkeit der Kettenverlängerung der gemäß dritter Verfahrensstufe erhaltenen NCO-Präpolymeren kann auch nach den Prinzipien des in US-PS 3 756 992 bzw. des in der DE-OS 26 37 690 beschriebenen Verfahrens erfolgen und zwar dergestalt, daß man aus dem NCO-Präpolymer zunächst durch Reaktion mit vzw. Ammoniak oder primären Aminen wie z.B. Methylamin oder n-Butylamin Präpolymere mit endständigen Harnstoffgruppen herstellt und diese über die Zwischenstufe von Methylolgruppen aufweisenden Präpolymeren durch Umsetzung mit Formaldehyd verlängert oder mit Methylolgruppen aufweisenden Verbindungen der in US-PS 3 756 992 beschriebenen Art vernetzt. Auch die Umsetzung der NCO-Präpolymeren mit Methylolgruppen aufweisenden Verbindungen der in US-PS 3 756 992 genannten Art ohne vorhergehende Überführung der endständigen NCO-Gruppen in die entsprechenden Harnstoffgruppen zu endständigen Methylolgruppen aufweisenden Präpolymeren und deren anschließende thermische Behandlung gemäß US-PS 3 756 992 stellt einen gangbaren Weg der Kettenverlängerung bzw. Vernetzung der in der dritten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen NCO-Präpolymeren dar. Auch bei der Kettenverlängerung gemäß diesen letztgenannten Varianten geht der Aufbau der hochmolekularen Polyadditionsprodukte bzw. die Herstellung der endständige Methylolgruppen aufweisenden Zwischenprodukte mit deren Dispergierung in Wasser einher. So geschieht vorzugsweise die Reaktion der NCO-Präpolymeren mit Ammoniak oder den beispielhaft genannten primären Aminen zu den entsprechenden endständige Harnstoffgruppen aufweisenden Präpolymeren in wäßrigem Milieu, so daß die Harnstoffgruppen aufweisenden Präpolymeren in Form wäßriger Dispersionen oder Lösungen anfallen. Diese als Dispersionen bzw. Lösungen in Wasser vorliegenden, endständige Harnstoffgruppen aufweisenden Präpolymeren werden dann entweder in wäßriger Phase mit Formaldehyd bzw. Formaldehyd abspaltenden Verbindungen wie z.B. Paraformaldehyd oder mit Methylolgruppen aufweisenden Verbindungen in der wäßrigen Phase zu endständigen Methylolgruppen aufweisenden Präpolymeren umgesetzt, deren Endverlängerung bzw. -Vernetzung vor und/oder während und/oder nach dem Entfernen des Wassers beispielsweise durch Verdunsten oder Verdampfen während der Herstellung von Flächengebilden aus den Dispersionen durch eine Wärmebehandlung bei 25 bis 180°C erfolgt. Bei der Umsetzung der NCO-Präpolymeren mit Methylolgruppen aufweisenden Verbindungen ohne intermediäre Überführung der NCO-Präpolymeren in Harnstoffgruppen aufweisende Präpolymere erfolgt dieser Reaktionsschritt vorzugsweise in Abwesenheit von Wasser worauf sich die Dispergierung der Methylolgruppen aufweisenden Präpolymeren in Wasser anschließt und deren Weiterbehandlung wie oben ausgeführt erfolgt.A further possibility of chain extension of the NCO prepolymers obtained in the third process stage can also be carried out according to the principles of the process described in US Pat. No. 3,756,992 or in DE-OS 26 37 690, in such a way that the NCO Prepolymer first by reaction with vzw. Ammonia or primary amines such as e.g. Prepares methylamine or n-butylamine prepolymers with terminal urea groups and extends them via the intermediate stage of prepolymers containing methylol groups by reaction with formaldehyde or crosslinked with compounds of the type described in US Pat. No. 3,756,992 containing methylol groups. The reaction of the NCO prepolymers with compounds containing methylol groups of the type mentioned in US Pat. No. 3,756,992 without prior conversion of the terminal NCO groups into the corresponding urea groups to give prepolymers containing methylol groups and their subsequent thermal treatment according to US Pat. No. 3,756,992 represents a viable way of chain extension or crosslinking of the NCO prepolymers obtained in the third stage of the process according to the invention. The chain extension according to these latter variants also involves the construction of the high molecular weight polyadducts or the preparation of the intermediate products containing terminal methylol groups with their dispersion Water. Thus, the reaction of the NCO prepolymers with ammonia or the primary amines mentioned by way of example to give the corresponding prepolymers having terminal urea groups takes place in an aqueous medium, so that the prepolymers having urea groups are obtained in the form of aqueous dispersions or solutions. These prepolymers, which have terminal urea groups and are present as dispersions or solutions in water, are then either in the aqueous phase with formaldehyde or compounds which release formaldehyde, e.g. Paraformaldehyde or with compounds containing methylol groups in the aqueous phase to form terminal prepolymers containing methylol groups, the final extension or crosslinking thereof before and / or during and / or after the removal of the water, for example by evaporation or evaporation during the production of fabrics from the dispersions a heat treatment is carried out at 25 to 180 ° C. When the NCO prepolymers are reacted with compounds containing methylol groups without intermediate conversion of the NCO prepolymers into prepolymers containing urea groups, this reaction step is preferably carried out in the absence of water, followed by dispersion of the prepolymers containing methylol groups in water and their further treatment as described above.

Auch eine Kettenverlängerung der NCO-Präpolymeren gemäß den Prinzipien der DE-OS 2 543 091 ist prinzipiell möglich.A chain extension of the NCO prepolymers according to the principles of DE-OS 2 543 091 is also possible in principle.

Für die verschiedenen Kettenverlängerungsreaktionen besonders gut geeignet sind NCO-Präpolymere, welche

  • i) eine mittlere NCO-Funktionalität von 1,8 bis 2,2 vorzugsweise 2,
  • ii) eine Viskosität von 5 000 bis 150000 cP bei 80°C,
  • iii) einen Gehalt an Carboxylatgruppen von 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,2 bis 2 Gew.-% und
  • iv) ein mittleres Molekulargewicht von unter 25.000 vorzugsweise unter 10.000 aufweisen.
NCO prepolymers, which are particularly suitable for the various chain extension reactions
  • i) an average NCO functionality of 1.8 to 2.2, preferably 2,
  • ii) a viscosity of 5,000 to 150,000 cP at 80 ° C,
  • iii) a carboxylate group content of 0.1 to 5, preferably 0.2 to 2 wt .-% and
  • iv) have an average molecular weight of less than 25,000, preferably less than 10,000.

Bei der Herstellung der NCO-Präpolymeren werden in den erfindungsgemäßen Reaktionsschritten a) bis c) Art und Mengenverhältnisse der Ausgangsmaterialien demzufolge vorzugsweise so gewählt, daß die erhaltenen NCO-Präpolymeren den genannten Kriterien entsprechen.In the preparation of the NCO prepolymers in the reaction steps a) to c) according to the invention, the nature and proportions of the starting materials are therefore preferably chosen such that the NCO prepolymers obtained meet the criteria mentioned.

Die Herstellung von wäßrigen Dispersionen der erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte kann selbstverständlich auch unter Mitverwendung externer Emulgatoren erfolgen, obwohl einer der Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens darin zu sehen ist, daß auf die Verwendung von derartigen Emulgatoren verzichtet werden kann.The production of aqueous dispersions of the process products according to the invention can of course also take place with the use of external emulsifiers, although one of the main advantages of the process according to the invention is that the use of such emulsifiers can be dispensed with.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich auch unter Mitverwendung der an sich bekannten die NCO/OH-Reaktion beschleunigenden Katalysatoren erfolgen.The process according to the invention can of course also be carried out using the catalysts known per se which accelerate the NCO / OH reaction.

Das neue erfindungsgemäße Verfahren bringt gegenüber dem bekannten Lösungsmittelverfahren eine erhebliche Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute mit sich, da einerseits das Lösungsmittelvolumen und andererseits der energie- und zeitaufwendige Destillationsvorgang entfallen.The new process according to the invention brings about a considerable increase in the space-time yield compared to the known solvent process, since on the one hand the solvent volume and on the other hand the energy and time-consuming distillation process are eliminated.

Bei der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugten Verwendung von ausschließlich difunktionellen Aufbaukomponenten entstehen die bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte der eingangs genannten allgemeinen Formeln.The preferred use of exclusively difunctional structural components in the process according to the invention results in the preferred ver according to the invention driving products of the general formulas mentioned at the beginning.

Den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dispersionen stehen die verschiedensten Anwendungsgebiete offen. Sie lassen sich z.B. für die Lederzurichtung einsetzen oder können für die Beschichtung der unterschiedlichsten Materialien, besonders auch für die Textilbeschichtung, verwandt werden. Hier können sie als Kleb- oder Deckstrick Anwendung finden. Auch sind Textilschaumbeschichtungen möglich. Bedeutende Anwendungsgebeite stellen ferner die Verwendung als Klebstoff oder als Lack dar.The dispersions produced by the process according to the invention have a wide variety of fields of application. They can e.g. use for leather finishing or can be used for coating a wide variety of materials, especially for textile coating. Here you can use it as an adhesive or cover rope. Textile foam coatings are also possible. Significant areas of application are also the use as an adhesive or as a lacquer.

Ganz besonders bevorzugt ist die Anwendung der erfindungsgemäß lösungsmittelfrei hergestellten Dispersionen für die Lederzurichtung sowie zur Herstellung von wäßrigen Lacksystemen.The use of the solvent-free dispersions according to the invention for leather finishing and for the production of aqueous coating systems is very particularly preferred.

Beispiel 1-8Example 1-8

Diese Beispiele zeigen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Mitverwendung von Aceton als Hilfslösungsmittel.These examples show the implementation of the process according to the invention with the use of acetone as auxiliary solvent.

Ausgangsmaterialien:

  • Polyester I (PE I): Polyester aus Adipinsäure, Hexamethylenglykol und 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol des Molekulargewichts 2.000;
  • Polyäther I (PÄ 1): Polytetramethylenglykol des Molekulargewichts 2.000;
  • Hexamethylendiisocyanat (HDI);
  • Trimellitsäureanhydrid (TMA);
  • Äthylendiamin (ÄDA);
  • Triäthylamin (TÄA).
Starting materials:
  • Polyester I (PE I): polyester made from adipic acid, hexamethylene glycol and 2,2-dimethyl-1,3-propanediol with a molecular weight of 2,000;
  • Polyether I (PÄ 1): polytetramethylene glycol with a molecular weight of 2,000;
  • Hexamethylene diisocyanate (HDI);
  • Trimellitic anhydride (TMA);
  • Ethylenediamine (ÄDA);
  • Triethylamine (TÄA).

Allgemeine Versuchsbeschreibung:

  • In einem Dreihalskolben mit Metallschliffrührer, Rückflußkühler mit CaCl23-Rohr, Kontaktthermometer und Tropftrichter wurde entwässerter Polyester bzw. Polyäther bei 80°C unter Rühren mit gemörsertem TMA versetzt.
General description of the experiment:
  • In a three-necked flask with a metal stirrer, a reflux condenser with a CaCl 23 tube, a contact thermometer and a dropping funnel, dehydrated polyester or polyether was added at 80 ° C. while stirring with ground TMA.

Nach einer Reaktionszeit von 2 Stunden bei 120°C hatte sich eine klare Schmelze gebildet, die kein ungelöstes TMA enthielt. Nach Abkühlen auf 60°C wurde zunächst TÄA und nach 15 Minuten HDI rasch zugegeben. Nach Aufheizen auf 110°C ließ man 2 Stunden bie dieser Temperatur reagieren. Das NCO-Präpolymere wurde in Aceton gelöst und mit einer acetonischen Lösung von ADA versetzt, wobei sich eine Emulsion bildete. Nach einer Nachrührzeit von 5 Minuten bei 56°C erfolgte unter intensivem Rühren die Zugabe von entionisiertem Wasser. Dispersionsbildung erfolgte durch Phasenumkehr, die nach Zugabe von ca. 40-70 % des Wassers eintrat. Aceton wurde im Vakuum solange abdestilliert, bis sich die Gasphase stärker erwärmte.After a reaction time of 2 hours at 120 ° C., a clear melt had formed which contained no undissolved TMA. After cooling to 60 ° C., TÄA was added first, and HDI was added quickly after 15 minutes. After heating to 110 ° C., the mixture was left to react at this temperature for 2 hours. The NCO prepolymer was dissolved in acetone and an acetone solution of ADA was added to form an emulsion. After stirring for 5 minutes at 56 ° C., deionized water was added with vigorous stirring. Dispersion was formed by reversing the phase, which occurred after the addition of approx. 40-70% of the water. Acetone was distilled off in vacuo until the gas phase warmed up more.

In Tabelle 1 sind Versuchsbedingungen sowie Eigenschaften der Dispersionen angegeben.

Figure imgb0005
Test conditions and properties of the dispersions are given in Table 1.
Figure imgb0005

Beispiele 9-39Examples 9-39

Diese Beispiele zeigen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Mitverwendung eines Hilfslösungsmittels und unter Kettenverlängerung der NCO-Präpolymeren mit Wasser.These examples show the implementation of the process according to the invention without the use of an auxiliary solvent and with chain extension of the NCO prepolymers with water.

Ausgangsmaterialien:

  • Wie Beispiele 1-8, sowie
  • Polyäther II (PÄ II): Polypropylenglykol des mittleren Molekulargewichts 1.025;
Starting materials:
  • Like examples 1-8, as well
  • Polyether II (PA II): polypropylene glycol with an average molecular weight of 1,025;

Zunächst wird überschüssiges Makroglykol mit endständigen OH-Gruppen mit TMA während 30 Minuten bei 100°C umgesetzt. Nach Neutralisation von 50% der berechneten Carboxylgruppen des erhaltenen Umsetzungsprodukts mit TÄA folgt durch Umsetzung mit überschüssigem HDI in der Schmelze bei 110°C die Bildung eines NCO-Präpolymeren; die Reaktionszeit beträgt hierbei 120 Minuten.First, excess macroglycol with terminal OH groups is reacted with TMA for 30 minutes at 100 ° C. After neutralization of 50% of the calculated carboxyl groups of the reaction product obtained with TÄA, an NCO prepolymer is formed by reaction with excess HDI in the melt at 110 ° C .; the reaction time is 120 minutes.

Bei Zugabe von Wasser zu dem NCO-Präpolymeren unter Abreaktion der überschüssigen NCO-Gruppen mit einem Teil des Wassers unter Kettenverlängerung erfolgt Dispersionsbildung.

Figure imgb0006
Figure imgb0007
Figure imgb0008
Figure imgb0009
Figure imgb0010
Figure imgb0011
When water is added to the NCO prepolymer with the excess NCO groups reacting with part of the water with chain extension, dispersion formation takes place.
Figure imgb0006
Figure imgb0007
Figure imgb0008
Figure imgb0009
Figure imgb0010
Figure imgb0011

In den nachfolgenden Beispielen 40-45 wurden neben den bereits genannten Ausgangsmaterialien folgende Ausgangsmaterialien eingesetzt:

  • Polyester II (PE II): Phthalsäure-Äthylenglykol-Polyester des Molekulargewichts 2000 und der OH-Zahl 56;
  • Polyester III (PE III): Phthalsäure-Adipinsäure-Äthylenglykol-Polyester des Molekulargewichts 1750 und der OH-Zahl 64;
  • Polyester IV (PE IV): Adipinsäre-Butandiol(1,4)-Polyester des Molekulargewichts 2250 und der OH-Zahl 50;
  • Polyester V (PE V): Adipinsäure-Hexamethylenglykol-Neopentylglykol-Polyester des Molekulargewichts 1700 und der OH-Zahl 66;
  • Polyäther II (PÄlll): propoxyliertes Bisphenol A des Molekulargewichts 550;
  • Polyäther IV (PÄIV): Monohydroxypolyäther des Molekulargewichts 2150 durch Alkoxylierung von n-Butanol, wobei zunächst eine Propoxylierung und anschließend eine Athoxylierung durchgeführt wird und wobei der Anteil des Propylenoxids 17 Gew.-% und der Anteil des Äthylenoxids 83 Gew.-% bezogen auf Gesamtmenge der Alkylenoxide ausmacht;
  • Trimethylolpropan (TMP)
  • Isophorondiisocyanat (IPDI).
In Examples 40-45 below, the following starting materials were used in addition to the starting materials already mentioned:
  • Polyester II (PE II): phthalic acid-ethylene glycol polyester with a molecular weight of 2000 and an OH number of 56;
  • Polyester III (PE III): phthalic-adipic acid-ethylene glycol polyester with a molecular weight of 1750 and an OH number of 64;
  • Polyester IV (PE IV): adipic butanediol (1,4) polyester with a molecular weight of 2250 and an OH number of 50;
  • Polyester V (PE V): adipic acid-hexamethylene glycol-neopentyl glycol polyester with a molecular weight of 1700 and an OH number of 66;
  • Polyether II (PÄlll): propoxylated bisphenol A with a molecular weight of 550;
  • Polyether IV (PAEIV): Monohydroxypolyether of molecular weight 2150 by alkoxylation of n-butanol, where first a propoxylation and then an ethoxylation is carried out and the proportion of propylene oxide is 17% by weight and the proportion of ethylene oxide is 83% by weight Makes up total amount of alkylene oxides;
  • Trimethylolpropane (TMP)
  • Isophorone diisocyanate (IPDI).

Beispiel 40Example 40

  • 0,3 Mol PE 110.3 mol PE 11
  • 0,2 Mol PE III0.2 mol PE III
  • 0,26 Mol PÄ III0.26 mol PA III
  • 0,16 Mol TMP0.16 mol of TMP
  • 0,6 Mol TMA0.6 mol TMA
  • 0,6 Mol TÄA0.6 mole TÄA
  • 1,8 Mol HDI1.8 moles of HDI
  • 1,6 Mol NH3 (NH3/NCO ― Molverhältnis = 1:1)1.6 mol NH 3 (NH 3 / NCO - molar ratio = 1: 1)
3780g entionisiertes Wassers (entsprechend einem Feststoffgehalt des erhaltenen Dispersion von 30 Gew.-%)3780 g of deionized water (corresponding to a solids content of the dispersion obtained of 30% by weight)

Das entwässerte Gemisch aus PE 11, PE III, PÄ III und TMP wird mit dem TMA versetzt und bei 120-130°C gerührt, bis eine klare Schmelze entsteht. Man kühlt dann auf 80°C ab, gibt das TÄA zu und rührt 15 Minuten nach. Anschließend gibt man HDI zu und rührt bei 80-90°C, bis ein NCO-Wert von 4,2% erreicht ist. In das so erhaltene Prepolymer rührt man bei 70―80°C eine Lösung des NH3 in der Hälfte des Dispergierwassers ein und gibt, sobald das Produkt homogen ist, das restliche Wasser zu. Es entsteht eine dünnflüssige, kolloidale Dispersion, die mehr als 2 Monate lagerstabil ist. pH-Wert = 7,7. Auslaufzeit (Ford D4) = 17 sec.The dewatered mixture of PE 11, PE III, PA III and TMP is mixed with the TMA and stirred at 120-130 ° C until a clear melt is formed. The mixture is then cooled to 80 ° C., the TÄA is added and stirring is continued for 15 minutes. Then add HDI and stir at 80-90 ° C until an NCO value of 4.2% is reached. A solution of the NH 3 in half of the dispersing water is stirred into the prepolymer thus obtained at 70-80 ° C. and the remaining water is added as soon as the product is homogeneous. The result is a thin, colloidal dispersion that is stable in storage for more than 2 months. pH = 7.7. Expiry time (Ford D 4 ) = 17 sec.

Eine Probe der Dispersion wurde mit einem Melamin-Formaldehyd-Harz vom Typ des Hexamethoxymethylmelamins versetzt (15 Gew.-% bezogen auf Feststoff) und auf einem phosphatisierten Blech bei 160°C eingebrannt. Es entstand ein klarer, farbloser, glänzender, harter Überzug, der gegen organische Lösungsmittel, wie Xylol, ÄGA oder Aceton beständig ist und lediglich von DMF oberflächlich angelöst wird. Nach 24stündiger Wasserlagerung zeigte der Film keine Trübung.A sample of the dispersion was mixed with a melamine-formaldehyde resin of the hexamethoxymethylmelamine type (15% by weight, based on solids) and baked on a phosphated sheet at 160 ° C. The result was a clear, colorless, shiny, hard coating which is resistant to organic solvents such as xylene, ÄGA or acetone and is only superficially dissolved by DMF. After 24 hours of water storage, the film showed no haze.

Beispiel 41Example 41

Ausgangsmaterialien:

  • 0,2 Mol PE 11
  • 0,3 Mol PE III
  • 0,26 Mol PÄ III
  • 0,16 Mol TMP
  • 0,45 Mol TMA (entsprechend 1,3 Gew.-% COO- im dispergierten Feststoff)
  • 0,45 Mol TÄA
  • 1,8 Mol HDI
  • 1,4 Mol NH3 (NH3/NCO = 0,88)
  • 1550 g entionisiertes Wasser (entsprechend einer 50 Gew.-%igen Dispersion) Herstellungsverfahren: wie Beispiel 40
  • Dispersion: hochviskos (η = 6000 cP), weiß mit starkem Tyndall-Effekt kein NH3-Geruch, pH = 6,3
  • Film: (eingebrannt bei 160°C, mit 15% des Melamin-Formaldehyd-Harzes aus Beispiel 40): hart, klar, farblos, entspricht Beispiel 40.
Starting materials:
  • 0.2 mol PE 11
  • 0.3 mol PE III
  • 0.26 mol PA III
  • 0.16 mol of TMP
  • 0.45 mol of TMA (corresponding to 1.3% by weight of COO in the dispersed solid)
  • 0.45 mole TÄA
  • 1.8 moles of HDI
  • 1.4 mol NH 3 (NH 3 / NCO = 0.88)
  • 1550 g of deionized water (corresponding to a 50% by weight dispersion) Production process: as example 40
  • Dispersion: highly viscous (η = 6000 cP), white with strong Tyndall effect, no NH 3 odor, pH = 6.3
  • Film: (baked at 160 ° C, with 15% of the melamine-formaldehyde resin from Example 40): hard, clear, colorless, corresponds to Example 40.

Beispiel 42Example 42

  • 0,5 Mol PE IV0.5 mol PE IV
  • 0,5 Mol PÄ III0.5 mol PA III
  • 0,6 Mol TMA0.6 mol TMA
  • 0,6 Mol TÄA0.6 mole TÄA
  • 1,8 Mol HDI1.8 moles of HDI
  • 1,6 Mol NH3 1.6 moles of NH 3
  • 440 g entionisiertes Wasser (entsprechend einer 30%igen Dispersion)440 g deionized water (corresponding to a 30% dispersion)
  • Verfahren: wie Beispiel 40Procedure: as example 40
  • Dispersion: dünnflüssig, nahezu kolloidal; 1 Monat lagerstabil;Dispersion: thin, almost colloidal; 1 month shelf life;
  • Film: (eingebrannt bei 160°C, mit 10 Gew.-% des Melamin-Formaldhyd-Harzes aus Beispiel 40): farblos, geringere Härte als in den Beispielen 40 und 41.Film: (baked at 160 ° C., with 10% by weight of the melamine-formaldehyde resin from Example 40): colorless, lower hardness than in Examples 40 and 41.
Beispiel 43Example 43

  • 1 Mol PE V1 mole of PE V
  • 0,6 Mol TMA0.6 mol TMA
  • 0,6 Mol TÄA0.6 mole TÄA
  • 1,8 Mol HDI1.8 moles of HDI
  • 1,6 Mol NH3 1.6 moles of NH 3
  • 5140 g entionisiertes Wasser (entsprechend einer 30 Gew.-%igen Konzentration)5140 g deionized water (corresponding to a 30% by weight concentration)
  • Verfahren: wie Beispiel 40Procedure: as example 40
  • Dispersion: dünnflüssig, nahezu kolloidal, lagerstabilDispersion: low viscosity, almost colloidal, stable in storage
  • Film: entspricht Beispiel 42.Film: corresponds to example 42.
V Beispiel 44 V Example 44

  • 1 Mol PE V1 mole of PE V
  • 0,6 Mol TMA0.6 mol TMA
  • 0,6 Mol TÄA0.6 mole TÄA
  • 1,8 Mol IPDI1.8 moles of IPDI
  • 1,6 Mol NH,1.6 mol NH,
  • 5370 g entionisiertes Wasser (entsprechend einer 30 %igen Dispersion)5370 g deionized water (corresponding to a 30% dispersion)
  • Verfahren: wie Beispiel 40Procedure: as example 40
  • Dispersion: dünnflüssig, nahezu kolloidal, lagerstabilDispersion: low viscosity, almost colloidal, stable in storage
  • Film: entspricht Beispiel 42.Film: corresponds to example 42.
Beispiel 45Example 45

  • 0,97 Mol PE V0.97 mol PE V
  • 0,06 Mol PÄ IV (entsprechend 4,7 Gew.-% Äthylenoxid im Feststoff)0.06 mol PA IV (corresponding to 4.7% by weight ethylene oxide in the solid)
  • 0,3 Mol TMA (entsprechend 0,6 Gew.-% COO- im Feststoff)0.3 mol of TMA (corresponding to 0.6% by weight of COO in the solid)
  • 0,3 MolTÄA0.3 mol TAA
  • 1,8 Mol HDI1.8 moles of HDI
  • 1,6 Mol NH,1.6 mol NH,
  • 5120 g entionisiertes Wasser (entsprechend einer 30 %igen Dispersion)5120 g deionized water (corresponding to a 30% dispersion)
  • Verfahren: wie Beispiel 40Procedure: as example 40
  • Dispersion: dünnflüssig, weiß mit Tyndall-EffektDispersion: thin, white with Tyndall effect
  • Film: entspricht Beispiel 42.Film: corresponds to example 42.

Claims (7)

1. Polyisocyanate polyaddition products, characterized by recurrent structural units of the formulae
Figure imgb0016
oder
Figure imgb0017
in which
m represents 0 or 1,
n represents 1 or 2,
R, represents a group of the kind obtained by removal of the isocyanate groups from an organic diisocyanate
R2 represents a group of the kind obtained by removal of the hydroxyl groups from a glycol or glycol mixture, which glycol or glycol mixture has a molecular weight or average molecular weight of between 62 and 10,000 and may contain ether or ester groups,
R3 represents a group of the kind obtained by removal of the carboxyl groups from an organic tricarboxylic or tetracarboxylic acid, and
cat(+) represents an alkali metal cation or a cation derived from a tertiary amine.
2. Polyisocyanate polyaddition products according to claim 1, characterized by containing from 0.1 to 5% by weight of carboxylate groups.
3. Process for the preparation of predominantly linear polyisocyanate polyaddition products containing carboxylate and amide groups and optionally also urethane groups and having recurrent structural units of the formulae given in claim 1, via the intermediate stage of prepolymers containing isocyanate groups, which prepolymers have been obtained by the reaction of organic diisocyanates with polyesters which have carboxylate groups, free carboxyl groups and, optionally also hydroxyl groups, these polyesters having been obtained by reacting a polyhydroxyl component with an intramolecular carboxylic acid anhydride followed by partial neutralization of the reaction product, characterized in that
a) a polyhydroxyl component which consists either of one or more glycols having a molecular weight or average molecular weight of from 62 to 10,000 or of an alcohol mixture having an average OH functionality of 1.8 to 3.0, which alcohol mixture may contain monohydric alcohols with molecular weights in the range of 32-5,000 and/or dihydric alcohols within a molecular weight range of 62 to 10,000 and/or higher functional alcohols within a molecular weight range of 92 to 10,000 is reacted in such quantities with intramolecular tricarboxylic acid monoanhydrides or intramolecular tetracarboxylic acid monoanhydrides in a ring-opening reaction of the anhydride group that from 0.05 to 1 anhydride groups are present per hydroxyl group of the polyhydroxyl component;
b) the carboxyl groups of the reaction products obtained in reaction step a) are partly neutralized with an inorganic or organic base so that, on statistical average, from 0.1 to 4 mol of carboxylate groups and a total of from 1.8 to 3.8 mol of carboxyl groups and optionally hydroxyl groups are present per mol of reaction product;
c) the reaction product obtained in step b) containing carboxylate and carboxyl groups and may also contain hydroxyl groups, as well as the non-modified polyhydroxyl component which may also be present in the mixture, are reacted with a diisocyanate component having an average isocyanate functionality of between 1.8 and 3.0 to form a prepolymer which contains carboxylate and amide groups and may also contain urethane groups, wherein (i) the amount of the diisocyanate component corresponds to 1.2 to 2 equivalents of isocyanate groups per equivalent of isocyanate reactive groups, or (ii) a large excess of diisocyanate is used, the excess diisocyanate being removed by distillation after the isocyanate addition reaction, or (iii) the amount of the isocyanate component corresponds to 0.8 to 1.2 equivalents of isocyanate groups per equivalent of isocyanate reactive groups, if necessary prematurely stopping the isocyanate addition reaction by an immediate chain lengthening reaction according to d), to ensure that the reaction product still contains free isocyanate groups and
d) lastly, the isocyanate prepolymer obtained according to reaction step c) is subjected to a chain lengthening reaction.
4. Process according to claim 3, characterized in that chain lengthening according to reaction step d) is carried out by reacting the isocyanate prepolymer with water.
5. Process according to claim 3, characterized in that chain lengthening according to reaction step d) is carried out by reacting the isocyanate prepolymer with hydrazines or polyamines which have at least two primary and/or secondary amino groups.
6. Process according to claim 3, characterized in that chain lengthening according to reaction step d) is carried out by converting the isocyanate prepolymer into a prepolymer having urea end groups by reacting it with ammonia or a primary monoamine, and this prepolymer with urea end groups is then chain lengthened with formaldehyde or with formaldehyde derivatives.
7. Process according to claims 3 to 6, characterized in that the chain lengthening reaction is carried out in the presence of excess quantities of water with simultaneous formation of a dispersion of the polyisocyanate polyaddition product.
EP78100198A 1977-06-29 1978-06-20 Carboxylate groups containing addition products of polyisocyanates and process for their preparation Expired EP0000171B1 (en)

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