LÖHDEN, Gerd (Kunstwerkerstrasse 185, Essen, 45136, DE)
KAUFMANN, Marita (Schülerstr. 24 B, Griesheim, 64347, DE)
BELZNER, Winfried (Wingertstr. 19, Gründau, 63584, DE)
WOLFF, Michael (Paul-Hindemith-Strasse 32, Rodenbach, 63517, DE)
LOMÖLDER, Rainer (Gigasstr. 44, Münster, 48153, DE)
HOPPE, Dirk (Toni-Turek-Str. 19, Nottuln, 48301, DE)
NACKE, Christoph (Marellenkaempe 13, Schermbeck, 46514, DE)
SCHATTKA, Jan Hendrik (Kastanienallee 34, Hanau, 63454, DE)
LÖHDEN, Gerd (Kunstwerkerstrasse 185, Essen, 45136, DE)
KAUFMANN, Marita (Schülerstr. 24 B, Griesheim, 64347, DE)
BELZNER, Winfried (Wingertstr. 19, Gründau, 63584, DE)
WOLFF, Michael (Paul-Hindemith-Strasse 32, Rodenbach, 63517, DE)
LOMÖLDER, Rainer (Gigasstr. 44, Münster, 48153, DE)
HOPPE, Dirk (Toni-Turek-Str. 19, Nottuln, 48301, DE)
NACKE, Christoph (Marellenkaempe 13, Schermbeck, 46514, DE)
PATENTANSPRüCHE
1. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats, dadurch gekennzeichnet, dass Polymere enthalten sind, die Isocyanatgruppen enthalten, welche durch Schutzgruppen blockiert sind.
2. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Isocyanatgehalt des Polymerisats 0,02 bis 5,0 Gew.-% beträgt.
3. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isocyanatgehalt des Polymerisats 0,1 bis 1 ,0 Gew.-% beträgt.
4. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgruppen der Isocyanate bei den Gelierungstemperaturen des Plastisols deblockiert werden.
5. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgruppen der Isocyanate bei über 100 0 C deblockiert werden.
6. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgruppen der Isocyanate bei über 120 0 C deblockiert werden.
7. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Isocyanatgruppe über eine (Meth)acrylatgruppe im Rückrad des Polymers verankert ist.
8. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Monomere der allgemeinen Formel
- R 0 eine Methylgruppe oder ein Wasserstoff darstellt,
- R 1 einen beliebigen organischen Rest darstellt und
- R B eine Schutzgruppe darstellt.
9. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Monomere der allgemeinen Formel
- R 0 eine Methylgruppe oder ein Wasserstoff darstellt,
- R 2 einen beliebigen organischen Rest darstellt und
- R B eine Schutzgruppe darstellt.
10. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Monomere der allgemeinen Formel
- R 0 eine Methylgruppe oder ein Wasserstoff darstellt,
- R 3 einen beliebigen organischen Rest darstellt,
- R 4 einen beliebigen organischen Rest darstellt und
- R B eine Schutzgruppe darstellt.
1 1 . Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest R 3 ausgewählt ist aus der Gruppe
12. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest R 4 ausgewählt ist aus der Gruppe
13. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest R B ausgewählt ist aus der Gruppe
14. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 1 , dass als Blockierungsmittel Acetonoxim, Methylethylketoxim, Acetophenonoxim, Diisopropylamin, 3,5-Dimethylpyrazol, 1 ,2,4-Thazol, ε-Caprolactam, Glykolsäurebutylester, Benzyl-methacylohydroxamat oder p- Hydroxybenzoesäuremethylester eingesetzt werden.
15. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mehr als 50 Gew.% der Monomere, aus denen das Polymer aufgebaut ist, ausgewählt sind aus der Gruppe Acrylsäure, Ester der Acrylsäure, Methacrylsäure und Ester der Methacrylsäure oder/und deren Mischungen.
16. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer zu mehr als 30 Gew.% Methylmethacrylat enthält.
17. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer zu mehr als 50 Gew.% Methylmethacrylat enthält.
18. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer in Form von Partikeln mit einer Größe von 200- 5000 nm eingesetzt wird.
19. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat aus Primärpartikeln aufgebaut ist, welche einen Aufbau besitzen, der durch eine der Ausführungsformen der Emulsionspolymerisation - und speziell der semikontinuierlichen Emulsionspolymerisation - ermöglicht wird.
20. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus einem Kern und mindestens einer Schale bestehen.
21. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht jeder Schale unabhängig von einander jeweils zumindest 10% des Gesamtgewichtes des Partikels ausmacht.
22. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat nicht mehr als 1 ,4 Gew% Tenside enthält.
23. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat nicht mehr als 0,3 Gew% Tenside enthält.
24. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der zur Herstellung des Polymerisats verwendete Emulgator ein Alkylsulfat ist.
25. Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel zu Sekundärpartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 5-500 μm agglomeriert sind.
26. Verfahren zur Herstellung von Plastisolen auf Basis eines halogenfreien Polymerisats gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass a) das Polymerisat durch Emulsionspolymerisation, die gegebenenfalls mehrstufig ausgeführt wird, hergestellt wird, b) das Polymerisat durch Trocknung der entstandenen Dispersion in ein Pulver überführt wird, welches c) anschließend mit mindestens einem Weichmacher und gegebenenfalls mit Haftvermittlern und/oder Füllstoffen und gegebenenfalls weiteren plastisolüblichen Bestandteilen versetzt wird.
27. Verfahren zur Herstellung von Plastisolen auf Basis eines halogenfreien
Polymerisats gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Polymerisats eine Initiatorlösung vorgelegt und eine Monomeremulsion zudosiert wird, zu der bei Temperaturen zwischen 50 0 C und 100 0 C gegebenenfalls weitere Monomeremulsionen zudosiert werden.
28. Verfahren zur Herstellung von Plastisolen gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Monomeremulsionen zudosiert werden.
29. Verfahren zur Herstellung von Plastisolen gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung der zweiten und jeder weiteren Monomeremulsion bei 70-95°C erfolgt.
30. Verfahren zur Herstellung von Plastisolen gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile Bindemittel mit 50-300 Gewichtsteilen Weichmacher, 40-120 Gewichtsteilen Haftvermittler und/oder 0-300 Gewichtsteilen Füllstoffen versetzt werden.
31. Verfahren zur Herstellung von Plastisolen gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersionen mittels Sprühtrocknung getrocknet werden.
32. Plastisole nach Anspruch 1 zur Beschichtung metallischer Oberflächen.
33. Beschichtete metallische Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beschichtung mit einem Plastisole nach Anspruch 1 erfolgt, gegebenenfalls nach vorheriger Elektotauchlackierung.
34. Verwendung von Plastisolen gemäß Anspruch 1 als Unterbodenschutz.
35. Verwendung von Plastisolen gemäß Anspruch 1 als Nahtabdeckung.
36. Verwendung von Plastisolen gemäß Anspruch 1 zur Dämpfung von Blechschwingungen. |
Verbesserte Bindemittel für Piastisole
Die Erfindung betrifft Piastisole, die auch ohne den Zusatz von Haftvermittlern gute Haftung auf metallischen und katodisch tauchlakierten Substraten aufweisen.
Unter Plastisolen werden im allgemeinen Dispersionen von feinteiligen Kunststoffpulvern in Weichmachern verstanden, welche beim Erwärmen auf höhere Temperaturen gelieren, d.h. aushärten.
Plastisol: Mit "Plastisolen" sind hierin Mischungen gemeint, welche aus mindestens einem Bindemittel und einem Weichmacher bestehen. Darüber hinaus können Plastisole z.B. weitere Bindemittel, weitere Weichmacher, Füllstoffe, Rheologiehilfsmittel, Stabilisatoren, Haftvermittler, Pigmente und/oder Treibmittel enthalten.
Bindemittel: Unter Bindemitteln werden hier polymere Verbindungen verstanden, die in der Regel als feines Pulver vorliegen. Durch Quellung (Aufnahme des Weichmachers) führen die Bindemittel zum Abbinden (Gelierung) des Plastisols. Unter anderem sind die Bindemittel maßgeblich für die Bildung und den Zusammenhalt eines Plastisolfilmes verantwortlich.
Polymerisat: Mit Polymerisat ist hier allgemein das Ergebnis einer
Polymerisation gemeint.
Diese Polymerisation kann als z.B. als Batch, als Semibatch oder kontinuierlich ausgeführt werden. Dabei kann das
Polymerisationsverfahren z.B. Suspensions, Lösungs- oder
Emulsionspolymersiation sein.
Außerdem kann die Polymerisation unter anderem z.B. mehrstufig
sein, es können verschiedene Monomere oder Monomermischungen verwendet werden und/oder es können komplexe Zulaufverfahren (z.B. Powerfeed) zum Einsatz kommen. Die in dieser Schrift genannten Polymersiate dienen als Bindemittel für Plastisole.
Primärpartikel: Mit "Primärpartikeln" sind hierin die Partikel gemeint, die nach der Emulsionspolymerisation in der erhaltenen Dispersion (Latex) vorliegen.
Sekundärpartikel: Mit "Sekundärpartikeln" sind hierin die Partikel gemeint, die durch Trocknung der bei der Emulsionspolymerisation erhaltenen Dispersionen (Latices) erhalten werden.
(Meth)acrylate: Mit dieser Schreibweise sind hierin sowohl die Ester der Methacrylsäure (wie z.B. Methylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat) als auch die Ester der Acrylsäure, sowie deren Mischungen gemeint.
Partikelgröße Wenn hierin von einer Partikelgröße, einer mittleren Partikelgröße oder einer mittleren Größe der Partikel die Rede ist, so ist - sofern nicht ausdrücklich anders angegeben - das der volumengewichtete Mittelwert der Teilchengrößenverteilung gemeint, wie es beispielsweise durch Laserbeugung (etwa mit Hilfe eines Coulter LS 13 320, Hersteller Beckmann-Coulter) erhalten werden kann.
Solche - hin und wieder auch als "Organosole" bezeichneten - Plastisole finden für die verschiedensten Zwecke Anwendung, insbesondere als Dichtungs- und
Schallisolationsmasse, als Kraftfahrzeug-Unterbodenschutz, als Korrosionsschutzüberzüge für Metalle, als Beschichtung von Metallblechbändern (Coil Coating), zum Imprägnieren und Beschichten von Substraten aus textilen Materialien und Papier (auch z.B. Teppichrückseitenbeschichtungen), als Fußbodenbeschichtungen, als Schlußstrichmassen bei Fußbodenbeschichtungen, für Kunstleder, als Kabelisolierungen und vieles mehr.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet von Plastisolen ist der Schutz von Karosserieblechen am Unterboden von Kraftfahrzeugen gegen Steinschlag. In dieser Anwendung werden besonders hohe Anforderungen an die Plastisolpasten und die gelierten Filme gestellt.
Naturgemäß ist eine hohe mechanische Widerstandskraft gegen den durch Steinschlag verursachten Abrieb essentielle Voraussetzung. Desweiteren ist in der Automobilindustrie eine möglichst lange Verwendbarkeit der Plastisolpasten (Lagerstabilität) ebenso unabdingbar.
Die Plastisolpasten dürfen nicht zur Wasseraufnahme neigen, da vor der Gelierung aufgenommenes Wasser bei den hohen Temperaturen während der Gelierung verdampft und zur unerwünschten Blasenbildung führt.
Weiterhin müssen die Plastisolfilme eine gute Haftung auf dem Untergrund (meist KTL- Blech) aufweisen, was nicht nur eine wichtige Voraussetzung für die Abriebseigenschaften, sondern darüber hinaus auch für den Korrosionsschutz unerläßlich ist.
Der mengenmäßig bei weitem am häufigsten für die Herstellung von Plastisolen eingesetzte Kunststoff ist Polyvinylchlorid (PVC).
Plastisole auf Basis von PVC zeigen gute Eigenschaften und sind zudem relativ billig, was einer der Hauptgründe für deren noch immer weite Verbreitung ist.
Bei der Herstellung und Anwendung von PVC-Plastisolen treten jedoch eine Reihe von Problemen auf. Schon die Herstellung von PVC selbst ist nicht unproblematisch, weil in den Produktionsstätten die dort Beschäftigten einer gesundheitlichen Gefährdung durch das monomere Vinylchlorid ausgesetzt sind. Reste an monomerem Vinylchlorid im PVC könnten darüber hinaus auch bei der Weiterverarbeitung oder bei den Endverbrauchern gesundheitsgefährdend sein, obwohl die Gehalte im allgemeinen nur noch im ppb- Bereich liegen.
Besonders schwerwiegend ist bei der Anwendung von PVC-Plastisolen, daß das PVC sowohl wärme- als auch lichtempfindlich ist und zur Abspaltung von Chlorwasserstoff neigt. Dies stellt insbesondere dann ein ernstes Problem dar, wenn das Plastisol auf eine höhere Temperatur erhitzt werden muß, da der unter diesen Bedingungen freigesetzte Chlorwasserstoff korrodierend wirkt und metallische Substrate angreift. Von besonderer Bedeutung ist dies, wenn zur Verkürzung der Gelierzeit verhältnismäßig hohe Einbrenntemperaturen Anwendung finden, oder wenn, wie bei der Punktschweißung, lokal hohe Temperaturen auftreten.
Das größte Problem tritt bei der Entsorgung von PVC enthaltenden Abfällen auf: neben Chlorwasserstoff können unter Umständen Dioxine entstehen, welche hochgiftig sind. In Verbindung mit Stahlschrott können PVC-Reste zu einer Erhöhung des Chloridgehaltes der Stahlschmelze führen, was ebenfalls nachteilig ist.
Aus den genannten Gründen werden seit geraumer Zeit Alternativen zu PVC- Plastisolen gesucht und weiterentwickelt, die deren guten Verarbeitungs- und Endeigenschaften besitzen, nicht aber die mit dem enthaltenen Chlor verbundenen Probleme aufweisen.
So wurde z. B. vorgeschlagen, Vinylchloridpolymere zumindest teilweise durch Acrylpolymere zu ersetzen (JP 60 258241 , JP 61 185518, JP 61 207418). Durch diesen Ansatz wurden die durch den Chlorgehalt bedingten Probleme jedoch lediglich verringert, aber nicht gelöst.
Verschiedene Polymere - üblicherweise aber nicht ausschließlich hergestellt durch Emulsionspolymerisation - wurden als chlorfreie Bindemittel untersucht; darunter z.B. Polystyrol-Copolymere (z.B. DE 4034725) und Polyolefine (z.B. DE 10048055). Hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit und/oder der Eigenschaften der Pasten bzw. der ausgelierten Filme erfüllen solche Plastisole jedoch nicht die Anforderungen, die von Anwendern aufgrund der langjährigen Erfahrungen mit PVC-Plastisolen gestellt werden.
Eine gute Alternative zu PVC stellen jedoch Poly(meth)acrylate dar, die bereits seit vielen Jahren für die Herstellung von Plastisolen beschrieben sind (z.B. DE 2543542, DE 3139090, DE 2722752, DE 2454235).
Der Einsatz von Plastisolen auf Poly(meth)acrylatbasis z.B. im Automobilbau erfordert in aller Regel den Einsatz von Haftvermittlern, um eine ausreichende Haftung auf dem Substrat - oftmals Metall oder kathodisch tauchlakiertes Blech (KTL-Blech) - zu gewährleisten.
Hier haben sich vor allem blockierte Isocyanate - die meist in Verbindung mit Amindehvaten als Härtern eingesetzt werden - bewährt. (Als Beispiele erwähnt seien EP 214495, DE 3442646, DE 3913807.)
Obwohl diese Haftvermittler recht teuer sind, und bezüglich Lagerung und Handhabung nicht unbedenklich sind, ist deren Verwendung heute gerade bei hohen Anforderungen Stand der Technik.
In verschiedenen Patentschriften wird die Möglichkeit genannt, die Haftung des Bindemittels selbst durch den Einbau bestimmter Monomere zu verbessern.
Genannt wurden zum Beispiel stickstoffhaltige Monomere (z.B. DE 4030080). DE 4130834 beschreibt ein Plastisolsystem mit verbesserter Haftung auf Kataphoreseblech auf Basis von Polyacryl(meth)acrylaten, wobei das Bindemittel neben Monomeren mit einem Alkylsubstituenten von 2-12 Kohlenstoffatomen ein Säureanhydrid enthält.
Die Verbesserung der Haftung durch solche Monomere ist in der Regel nicht sehr stark und um dennoch eine spürbare Verbesserung der Haftung zu erreichen, müssen entsprechend hohe Mengen dieser Monomere eingesetzt werden. Dadurch wiederum werden auch andere Eigenschaften des Plastisols beeinflusst, wie etwa die Lagerstabilität oder das Aufnahmevermögen für Weichmacher.
Aufgabe war es, ein Plastisol zur Verfügung zu stellen, dessen Bindemittel eine verbesserte Haftung aufweist, so dass auf die Zugabe von zusätzlichen Haftvermittlern verzichtet werden kann, oder deren Anteil in der Plastisolmischung verringert werden kann.
Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Plastisol auf Basis eines halogenfreien Polymerisats, dadurch gekennzeichnet, dass Polymere enthalten sind, die Isocyanatgruppen enthalten, welche durch Schutzgruppen blockiert sind.
überraschend wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Polymerisate als Bindemittel in Plastisolen zu hervorragenden Haftungseigenschaften auf metallischen und katodisch tauchlakierten Substraten führen. Somit kann auf den Einsatz von Haftvermittlern ganz oder teilweise verzichtet werden.
Der Kontakt bei der Handhabung und Lagerung der Plastisole mit den zumeist giftigen Haftvermittlern entfällt oder wird zumindest verringert.
Der Isocyanatgehalt des Polymerisats beträgt bevorzugt 0,02 bis 5,0 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,05 bis 2,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 -1 ,0 Gew.-%. Der Isocyanatgehalt ist dabei zu berechnen als Gewicht der ungeschützten Isocyanatgruppen (NCO, d.h. 42 g/mol) bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymerisats. Eventuell vorhandene Isocyanatgruppen, die nicht durch entfernen einer Schutzgruppe wieder zur Verfügung stehen bleiben bei der Berechnung unberücksichtigt.
Die Schutzgruppen der Isocyanate werden vorteilhafterweise bei den Gelierungstemperaturen des Plastisols deblockiert. üblicherweise erfolgt die Deblockierung der Schutzgruppen der Isocyanate bei über 100 0 C , vorzugsweise bei über 120 0 C.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Isocyanatgruppe über eine (Meth)acrylatgruppe im Rückrad des Polymers verankert.
Dabei werden bevorzugt Monomere verwendet, die auf Diisocyanaten basieren, deren eine Isocyanatgruppe mit einem OH-Guppe tragenden Ester der (Meth)acrylsäure umgesetzt wird, und deren andere Isocyanatgruppe durch eine Schutzgruppe blockiert ist.
Solche Monomere weisen die allgemeine Struktur
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auf, wobei
- R 0 eine Methylgruppe oder ein Wasserstoff darstellt,
- R 3 einen beliebigen organischen Rest darstellt,
- R 4 einen beliebigen organischen Rest darstellt und
- R B eine Schutzgruppe darstellt.
Der Rest R 3 bezeichnet einen Spacer, der üblicherweise von einem Diol, z.B. einem Polyetherdiol bzw. einem Polyalkoxyalkylen mit endständigen OH-Gruppen, abgeleitet ist. Auch Spacer die von oligomeren Polyestern mit terminalen OH-Gruppen abgeleitet sind sind verwendbar. Besonders bevorzugt sind Reste, ausgewählt aus der Gruppe
wobei n für eine ganze Zahl zwischen 1 und 6 steht.
Der Rest R 4 leitet sich von einem Diisocyanat ab, d.h. R 4 ist der Rest, an den die beiden Isocyanatgruppen gebunden sind.
Die R 4 zugunde liegenden Diisocyanate können beliebige aromatische, aliphatische, cycloaliphatische und/oder (cyclo)aliphatische Diisocyanate sein.
Aromatische Diisocyanate können dabei prinzipiell alle bekannten Verbindungen sein. Besonders geeignet sind 1 ,3- und 1 ,4-Phenylendiisocyanat, 1 ,5-Naphthylen- diisocyanat, Tolidindiisocyanat, 2,6-Toluylendiisocyanat, 2,4-Toluylendiisocyanat (2,4- TDI), 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat (2,4'-MDI), 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, die Mischungen aus monomeren Diphenylmethandiisocyanaten (MDI) und oligomeren Diphenylmethandiisocyanaten (Polymer-MDI), Xylylendiisocyanat und Tetramethylxylylen-diisocyanat.
In Frage kommende aliphatische Di- oder Polyisocyanate besitzen vorteilhafterweise 3 bis 16 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 4 bis 12 Kohlenstoffatome, im linearen oder verzweigten Alkylenrest und geeignete cycloaliphatische oder (cyclo)aliphatische Diisocyanate vorteilhafterweise 4 bis 18 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 6 bis 15 Kohlenstoffatome, im Cycloalkylenrest. Unter (cyclo)aliphatischen Diisocyanaten versteht der Fachmann hinlänglich gleichzeitig cyclisch und aliphatisch gebundene NCO-Gruppen, wie es z. B. beim Isophorondiisocyanat der Fall ist. Demgegenüber versteht man unter cycloaliphatischen Diisocyanaten solche, die nur direkt am cycloaliphatischen Ring gebundene NCO-Gruppen aufweisen, z. B. Hi 2 MDI. Beispiele sind Cyclohexandiisocyanat, Methylcyclohexandiisocyanat, Ethylcyclohexandiisocyanat, Propylcyclohexandiisocyanat, Methyldiethylcyclo-hexandiisocyanat, Propandiisocyanat, Butandiisocyanat, Pentandiisocyanat, Hexandiisocyanat, Heptandiisocyanat, Octandiisocyanat, Nonandiisocyanat, Nonanthisocyanat, wie 4-lsocyanatomethyl-1 ,8- octandiisocyanat (TIN), Dekandiisocyanat, Undekandiisocyanat, Dodecandiisocyanate.
Bevorzugt leitet sich R 4 von Isophorondiisocyanat (IPDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI), Diisocyanatodicyclohexylmethan (H12MDI), 2-Methylpentandiisocyanat (MPDI), 2,2,4-Tπmethylhexamethylendiisocyanat/2,4,4-Trimethyl-hexam ethylen-diisocyanat (TMDI), Norbornandiisocyanat (NBDI) ab. Ganz besonders bevorzugt sind die Reste von IPDI, HDI, TMDI und Hi 2 MDI.
Ebenfalls geeignet sind die Reste von 4-Methyl-cyclohexan-1 ,3-diisocyanat, 2-Butyl-2- ethylpentamethylen-diisocyanat, 3(4)-lsocyanatomethyl-1 -methylcyclohexyl-isocyanat, 2-lsocyanatopropylcyclohexylisocyanat, 2,4'-Methylen-bis(cyclohexyl)diisocyanat, 1 ,4-Diisocyanato-4-methyl-pentan.
Selbstverständlich können auch Gemische der Diisocyanate eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt sind Reste R 4 ausgewählt aus der Gruppe
Als Blockierungsmittel für die Isocyanatgruppe können alle Blockierungsmittel eingesetzt werden.
Beipielsweise können Phenole wie Phenol, und p-Chlorphenol, Alkohole wie Benzylakohol, Oxime wie Acetonoxim, Methylethylketoxim, Cyclopentanonoxim, Cyclohexanonoxim, Methylisobutylketoxim, Methyl-tert.-butylketoxim, Diisopropylketoxim, Diisobutylketoxim oder Acetophenonoxim, N-Hydroxy- Verbindungen wie N-Hydroxysuccinimid oder Hydroxypyridine, Lactame wie ε- Caprolactam, CH-acide Verbindungen wie Acetessigsäureethylester oder Malonsäureester, Amine wie Diisopropylamin, heterocyclische Verbindungen mit mindestens einem Heteroatom wie Mercaptane, Piperidine, Piperazine, Pyrazole, Imidazole, Triazole und Tetrazole, α-Hydroxybenzoesäureester wie Glykolsäureester oder Hydroxamsäureester wie Benzylmethacrylohydroxamat verwendet werden.
Als Blockierungsmittel besonders geeignet sind Acetonoxim, Methylethylketoxim, Acetophenonoxim, Diisopropylamin, 3,5-Dimethylpyrazol, 1 ,2,4-Triazol, ε-Caprolactam, Glykolsäurebutylester, Benzylmethacylohydroxamat oder p-Hydroxybenzoesäuremethylester.
Selbstverständlich können auch Mischungen dieser Blockierungsmittel eingesetzt werden.
Als Schutzgruppe R B wird der Rest verstanden, der nach der Reaktion des Blockierungsmittels an dem Stickstoff der geschützten Isocyanatgruppe gebunden ist.
Als Schutzgruppe besonders bevorzugt sind Reste, ausgewählt aus der Gruppe
Entscheidend für die Funktion der Monomere in dem Bindemittel ist offenbar die Kombination aus (Meth)acrylatfunktion und geschützter Isocyanatgruppe. Dabei ist die Reaktion einer der beiden Gruppen eines Diisocyanates mit einem OH- haltigen Ester der (Meth)acrylsäure ein einfacher und bevorzugter Weg zu einer solchen Verbindung zu kommen. Grundsätzlich ist jedoch jedes Monomer geeignet in welchem die geschützte Isocyanatgruppe über einen Spacer an das (Meth)acrylat gebunden ist.
Dementsprechend sind in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung Monomere eingesetzt, die der allgemeinen Formel
genügen, wobei
- R 0 eine Methylgruppe oder ein Wasserstoff darstellt,
- R 2 einen beliebigen organischen Rest darstellt und
- R B eine Schutzgruppe darstellt (R B definiert wie oben).
Der Rest R 2 hat dabei vorzugsweise eine Molekulargewicht von nicht mehr als
750 g/mol, bevorzugt nicht mehr als 400 g/mol und besonders bevorzugt nicht mehr als
250 g/mol.
Für das die Erfindung ist es indes nicht erforderlich, daß an die Carboxylgruppe der (Meth)acrylatgruppierung des Monomers ein Sauerstoffatom gebunden ist. Dies ist z.B. nicht der Fall, wenn sich die Verbindung von einem (Meth)acrylamid ableitet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung genügt das Monomer daher der allgemeinen Formel
wobei
- R 0 eine Methylgruppe oder ein Wasserstoff darstellt,
- R 1 einen beliebigen organischen Rest darstellt und
- R B eine Schutzgruppe darstellt (definiert wie oben).
Der Rest R 1 hat dabei vorzugsweise ein Molekulargewicht von nicht mehr als
1000 g/mol, bevorzugt nicht mehr als 500 g/mol und besonders bevorzugt nicht mehr als 300 g/mol.
In einer besonderen Ausführungsform leitet sich das Monomere nicht von einem hydroxylgruppen-haltigen Ester der (Meth)acrylsäure, sondern von einem hydroxylgruppen-haltigen Amid der (Meth)acrylsäure - wie etwa einem Alkylalkoxyamid. Der Rest R 1 hat in dieser Ausführungsform z.B. die allgemeine Struktur
wobei
- R s1 ein linearer oder verzweigter Alkylrest ist und
- R s2 eine - mit einer der Isocyanatgruppen eines Diisocyanates abreagierten - Alkoxygruppe.
Außerdem können auch Mischungen der beschriebenen Monomere eingesetzt werden. Dies ist zum Teil schon durch die Synthese der entsprechenden Monomere vorgegeben, die bereits als Mischungen anfallen können.
Das erfindungsgemäße Polymerisat ist zu mehr als 50 Gew.-%, bevorzugt mehr als 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 90 Gew.-%, aus Monomeren ausgewählt aus der Gruppe der Acrylsäure, Ester der Acrylsäure, Methacrylsäure und Ester der Methacrylsäure und/oder deren Mischungen aufgebaut.
Das Polymer enthält zu mehr als 30 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 50 Gew.-% Methylmethacrylat.
Das Polymer wird in Form von Partikeln mit einer Größe von 200-5000 nm, bevorzugt mit einer Größe von 350-2000 nm, besonders bevorzugt mit einer Größe von 500-1200 nm, eingesetzt.
Das Bindemittel ist aus Primärpartikeln aufgebaut, welche einen Aufbau besitzen, der durch eine der Ausführungsformen der Emulsionspolymerisation - und speziell der semikontinuierlichen Emulsionspolymerisation - ermöglicht wird.
Dies können neben einem Kern/Schale-Aufbau, gegebenenfalls auch mit mehreren Schalen um den Kern auch solche Strukturen sein, bei denen sich die Monomerzusammensetzung vom Zentrum des Partikels zu dessen Oberfläche allmählich ändern (Gradientenstruktur).
Die Partikel bestehen aus einem Kern und mindestens einer Schale. Das Gewicht jeder Schale macht unabhängig von einander jeweils zumindest 10% des Gesamtgewichtes des Partikels aus.
Das Polymerisat enthält nicht mehr als 1 ,4 Gew.-%, bevorzugt nicht mehr als 0,7 Gew.- %, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,3 Gew.-% Tenside.
Der zur Herstellung des Polymerisats verwendete Emulgator ist vorzugsweise ein Alkylsulfat.
Die Polymerpartikel sind bevorzugt zu Sekundärpartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 5-500 μm, weiter bevorzugt von 10-200 μm, besonders bevorzugt von 20-100 μm, agglomeriert.
Das Verfahren zur Herstellung von Plastisolen auf Basis eines halogenfreien Polymerisats ist dadurch gekennzeichnet, dass a) das Polymerisat durch Emulsionspolymerisation, die gegebenenfalls mehrstufig ausgeführt wird, hergestellt wird, b) das Polymerisat durch Trocknung der entstandenen Dispersion in ein Pulver überführt wird, welches
c) anschließend mit mindestens einem Weichmacher und gegebenenfalls mit Haftvermittlern und/oder Füllstoffen und gegebenenfalls weiteren plastisolüblichen Bestandteilen versetzt wird.
Als Weichmacher werden zum Beispiel folgende Substanzen eingesetzt:
- Ester der Phthalsäure, wie z.B. Diundecylphthalat, Diisodecylphthalat, Diisononylphthalat, Dioctylphthalat, Diethylhexylphthalat, Di-C7-C11 -n-alkylphthalat, Dibutylphthalat, Diisobutylphthalat, Dicyclohexylphthalat, Dimethylphthalat, Diethylphthalat, Benzyloctylphthalat, Butylbenzylphthalat, Dibenzylphthalat und Trikresylphosphat, Dihexyldicaprylphthalat.
- Hydroxycarbonsäureester, wie z.B. Ester der Zitronensäure (beispielsweise Tributyl-O- acetylcitrat, Triethyl-O-acetylcitrat), Ester der Weinsäure oder Ester der Milchsäure.
- Aliphatische Dicarbonsäureester, wie z.B. Ester der Adipinsäure (beispielsweise Dioctyladipat, Diisodecyladipat), Ester der Sebacinsäure (beispielsweise Dibutylsebacat, Dioctylsebacat, Bis(2-ethylhexyl)-sebacat) oder Ester der Azelainsäure.
- Ester der Trimellithsäure, wie z.B. Tris(2-ethylhexyl)thmellitat. Ester der Benzoesäure, wie z.B. Benzylbenzoat
- Ester der Phosphorsäure, wie z.B. Trikresylphosphat, Triphenylphosphat, Diphenylkresylphosphat, Diphenyloctylphosphat, Tris(2-ethylhexyl)-phosphat, Tris(2- butoxyethyl)phosphat.
- Alkylsulfonsäureester des Phenols oder des Kresols, Dibenzyltoluol, Diphenylether.
Die genannten und weitere Weichmacher werden einzeln oder als Mischung eingesetzt.
Bevorzugt werden Phthalate, Adipate, Phosphate oder Zitrate verwendet; wobei Phthalate besonders bevorzugt sind.
Außerdem können die erfindungsgemäßen Plastisole gegebenenfalls weitere Hilfs- und Zusatzstoffe, wie sie in der Plastisol-Technologie üblich sind, enthalten. Hierzu zählen z. B. Farbpigmente, Alterungsschutzmittel, Rheologie-Hilfsmittel sowie Treibmittel zur Herstellung von geschäumten Plastisolen.
Zu diesen üblichen Zusatzstoffen zählen beispielsweise die Epoxidweichmacher, vorzugsweise epoxidierte natürliche Ole wie das epoxidierte Sojabohnenöl, epoxidierte Leinöl oder epoxidierte Tallöle. Diese Epoxidweichmacher werden bekanntermden in geringen Mengen insbesondere in PVC-Plastisolen als Hitzestabilisatoren verwendet.
Die Plastisole können weiterhin die üblichen Alterungsschutzmittel und Stabilisatoren, Rheologie-Hilfsmittel wie z. B, pyrogene Kieselsauren, Bentone, Rizinusöl-Derivate enthalten.
Als Füllstoffe können alle in der Plastisol-Technologie gängigen und an sich bekannten Füllstoffe verwendet werden. Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Kalksteinmehl, natürliche, gemahlene Kreiden (Calciumcarbonate oder Calcium-Magnesiumcarbonate), gefällte Kreiden, Schwerspat, Talk, Glimmer, Tone, Pigmente wie z. B. Titandioxid, Ruß, Eisenoxide.
Es hat sich gezeigt, dass beste Ergebnisse erzielt werden wenn zur Herstellung des Polymerisats eine Initiatorlösung vorgelegt und eine Monomeremulsion zudosiert wird, zu der bei Temperaturen zwischen 50 0 C und 100 0 C gegebenenfalls weitere Monomeremulsionen zudosiert werden. Dabei können verschiedene
Monomeremulsionen zudosiert werden. Die Zudosierung der zweiten und jeder weiteren Monomeremulsion erfolgt bei 70-95 0 C.
Die erfindungsgemäßen Piastisole sind vorzugsweise folgendermaßen zusammengesetzt: 100 Gewichtsteile Bindemittel werden mit 50-300 Gewichtsteilen Weichmacher, 40-120 Gewichtsteilen Haftvermittler und/oder 0-300 Gewichtsteilen Füllstoffen versetzt.
Die erhaltenen Dispersionen werden üblicherweise mittels Sprühtrocknung getrocknet.
Die erfindungsgemäßen Plastisole haben durch ihre hervorragenden Haftungseigenschaften ein breites Anwendungsgebiet. Sie werden beispielsweise zur Beschichtung metallischer Oberflächen verwendet. Die Beschichtung mit dem Plastisol erfolgt gegebenenfalls nach vorheriger Elektotauchlackierung. Außerdem finden die Plastisole Verwendung als Unterbodenschutz, als Nahtabdeckung und zur Dämpfung von Blechschwingungen.