"DISPERSÃO AQUOSA, E, USO DA MESMA"
A invenção refere-se uma dispersão aquosa que compreendeum poliuretano sintetizado partindo de
a) diisocianatos orgânicos
b) compostos de dihidróxi que têm um peso molar de desde500 até 5000 g/mol e que não compreende grupo iônico ou grupo que possaser convertido a um grupo iônico
c) álcoois mono- a trihídricos que adicionalmentecompreendem um grupo iônico
d) se apropriado, outros compostos, diferentes de a) a c),em que
o poliuretano compreende menos do que 0,6 % em peso degrupos uréia (calculados com um peso molar de 56 g/mol),
o grupo iônico de c) é pelo menos parcialmente neutralizadocom amônia e
a reação dos compostos a), b), c) e d) não ocorre na presençade um catalisador que contém um composto de metal-carbono.
A invenção também se refere ao uso de uma dispersão comoum adesivo para laminação, especialmente como adesivo para laminação deum componente (1K). Em adesivos para laminação 1K, em contraposição aosadesivos para laminação 2K, não é adicionado agente de reticulação.
Os adesivos para laminação são usados, por exemplo, para aprodução de filme compósito (laminação de compósito-filme).
Como um resultado da adesão ou da laminação de filmes efolhas feitos de diferentes materiais, as propriedades daqueles materiais sãocombinadas. O objetivo de uma tal medida pode ser conseguir efeitosdecorativos em particular ou provocar efeitos técnicos tais como proteção deum impressão, produção de filmes compósitos resistentes à ebulição,prevenção de difusão de, capacidade de selagem a quente, um ato confiável deevitar a porosidade ou estabilidade em relação aos produtos agressivos. Osmateriais de filme usados essencialmente são polietileno, polipropileno,especialmente polipropileno orientado biaxialmente, poliamida, poliéster,PVC, acetato de celulose, celofane e metais tais como estanho e alumínio.
Requisitos em particular são impostos sobre a resistência dosfilmes compósitos.
A EP-A 441 196 divulga dispersões de poliuretano 1K. A DE-A 4308079 descreve o uso de dispersões de poliuretano 1K como adesivospara laminação.
A resistência dos filmes compósitos que é conseguida com as
dipersões de poliuretano 1K descritas até esta data não é suficiente ainda,particularmente no caso de laminados de filme que compreendempolipropilenos biaxialmente orientado (OPP) e laminados de filme quecompreendem filme de OPP e filmes de poliéster metalizados.
Foi portanto um objetivo da presente invenção fornecerdispersões de poliuretano que, quando usadas como adesivos para laminação,resultem em maior resistência dos filmes compósitos.
Conseqüentemente foi descoberta a dispersão de poliuretanodefinida no início e o seu uso.
O poliuretano foi sintetizado entre
a) diisocianatos orgânicos
b) compostos dihidróxi que têm um peso molar de 500 a 5000g/mol e que não compreendem grupo iônico ou grupo que possa serconvertido a um grupo iônico
c) álcoois mono- a trihídricos que compreendemadicionalmente um grupo iônico e
d) se apropriado, outros compostos sem ser a) a c).
Os diisocianatos a) que merecem menção são, em particular osdiisocianatos X(NCO)2, em que X é um radical hidrocarboneto alifático quetenha 4 a 15 átomos de carbono, um radical hidrocarboneto cicloalifático ouaromático que tem 6 a 15 átomos de carbono ou um radical hidrocarbonetoaralifático que tenha 7 a 15 átomos de carbono. Exemplos de taisdiisocianatos são diisocianato de tetrametileno, diisocianato de hexametileno, diisocianato de dodecametileno, 1,4-diisocianatociclohexano, 1-isocianato-3,5,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano (IPDI), 2,2-bis (4-isocianatociclohexil) propano, diisocianato de trimetilhexano, 1,4-diisocianatobenzeno, 2,4-diisocianatotolueno, 2,6-diisocianatotolueno, 4,4'-diisocianatodifenilmetano, 2,4'-diisocianatodifenilmetano, diisocianato de p- xilileno, diisocianato de tetrametilxilileno (TMXDI), os isômeros de bis 4-isocianatociclohexil) metano (HMDI), tais como os isômeros trans/trans,cis/cis e cis/trans e misturas destes compostos.
Os diisocianatos desta espécie são comercialmentedisponíveis.
As misturas destes isocianatos, particular importância liga àsmisturas do respectivos isômeros estruturais de diisocianatotolueno e dediisocianatodifenilmetano; a mistura de 80 % molar de 2,4-diisocianatotolueno e 20 % molar de 2,6-diisocianatotolueno éparticularmente apropriada. Outras de particular vantagem são as misturas deisocianatos aromáticos tais como 2,4-diisocianatotolueno e/ou 2,6-diisocianatotolueno com isocianatos alifáticos ou cicloalifáticos tal comodiisocianato de hexametileno ou IPDI, a razão de misturação preferida dosisocianatos alifáticos para aromáticos sendo de desde 4:1 até 1:4.
Os compostos dihidróxi b) podem ser poliéster polióis, que são conhecidos, por exemplo, pela Ullmanns Encyklopádie der technischenChemie, 4a Edição, Volume 19, pp. 62 a 65. É dada preferência à utilização depoliéster polióis obtidos pela reação de álcoois dihídricos com ácidoscarboxílicos dibásicos. Em lugar dos ácidos policarboxílicos livres também épossível usar os anidridos policarboxílicos ou os ésteres policarboxílicoscorrespondente de [álcoois inferior ou de misturas dos mesmos para prepararos poliéster polióis. Os ácidos policarboxílicos podem ser alifáticos,cicloalifáticos, aralifáticos, aromáticos ou heterocíclicos e, se apropriado,podem ser substituídos por átomos de halogênio, por exemplo, e/ou nãosaturados. Exemplos que podem ser mencionados dos mesmos incluem osseguintes: ácido subérico, ácido azeláico, ácido itálico, ácido isoftálico,anidrido itálico, anidrido tetra-hidroftálico, anidrido hexahidroftálico,anidrido tetracloroftálico, anidrido endometilenotetrahidroítálico, anidridoglutárico, ácido maléico, anidrido maléico, ácido fumárico e ácidos graxosdiméricos. É dada preferência a ácidos dicarboxílicos de fórmula geralHOOC-(CH2)y-COOH, na qual y é um número de 1 a 20, de preferência umnúmero par de 2 a 20, por exemplo, ácido succínico, ácido adípico, ácidosebácico e ácido dodecanodicarboxílico.
Exemplos de álcoois dihídricos adequados incluem etilenoglicol, propano-l,2-diol, propano-l,3-diol, butano-l,3-diol, buteno-l,4-diol,butino-l,4-diol, pentano-l,5-diol, neopentil glicol, bis (hidroximetil)ciclohexanos tais como 1,4-bis (hidroximetil) ciclohexano, 2-metilpropano-1,3-diol, metilpentanodióis e também dietileno glicol, trietileno glicol,tetraetileno glicol, polietileno glicol, dipropileno glicol, polipropileno glicol,dibutileno glicol e polibutileno glicóis. É dada preferência aos álcoois defórmula geral HO-(CH2)x-OH, em que x é um número de desde 1 até 20,preferivelmente um número par de desde 2 até 20, Exemplos dos mesmos sãoetileno glicol, butano-l,4-diol, hexano-1,6-diol, octano-l,8-diol e dodecano-1,12-diol. A preferência se estende ao neopentil glicol.
Além disso, também são adequados, se apropriado,policarbonato-dióis, tais como podem ser obtidos, por exemplo, pela reaçãode fosgênio com um excesso dos álcoois de baixa massa molecularespecificados como componentes de síntese para os poliéster polióis.
Se apropriado, também é possível usar poliesterdióis à base delactona, que são homopolímeros ou copolímeros de lactonas, de preferênciaadutos de lactonas, contendo grupos hidroxilas terminais, com moléculas deiniciação difuncionais adequadas. As lactonas adequadas são de preferênciaaquelas que derivam de compostos de fórmula geral HO-(CH2)z-COOH, em que z é um número de desde 1 até 20 e em que um átomo de H de umaunidade de metileno também pode ter sido substituída por um radical C\ a C4alquila. Exemplos são e-caprolactona, B-propiolactona, y-butirolactona e/oumetil-y-caprolactona e misturas das mesmas. Os compostos de iniciaçãoadequados são, por exemplo, os álcoois dihídricos de baixa massa molecular especificados acima como um componente de síntese para os poliéster polióis.Os polímeros correspondentes da e-caprolactona são particularmentepreferidos. Os poliéster dióis ou poliéter dióis da mesma forma podem serusados como iniciadores para a preparação dos polímeros de lactona. Emlugar dos polímeros de lactonas também é possível usar os policondensados correspondentes, quimicamente equivalentes dos ácidos hidróxi carboxílicoscorrespondentes às lactonas.
Os poliéter dióis podem ser obtidos em particular pelapolimerização de oxido de etileno, de oxido de propileno, de oxido debutileno, de tetrahidrofurano, de oxido de estireno ou de epicloridrina, com si mesma, na presença, por exemplo, de BF3 ou por reações de adição destescompostos, se apropriado como uma mistura ou em sucessão, comcomponentes de partida que contenham átomos de hidrogênio reativos, taiscomo álcoois ou aminas, por exemplo, água, etileno glicol, propano-l,2-diol,propano-l,3-diol, 2,2-bis (4-hidroxifenil) propano ou anilina.
Os compostos preferidos b) são polieteróis. Em particular, pelomenos 50 %, mais preferivelmente pelo menos 85 %, muito preferivelmentepelo menos 95 % ou 100 % em peso dos compostos b) são eteróis. O pesomolecular dos compostos b) é de preferência 1000 até 3000 g/mol. Este é opeso molecular médio em peso, determinado pelo número de grupos terminais(número de OH).
Os álcoois monohídricos a trihídricos c) compreendem, emparticular, grupos aniônicos tais como os grupos sulfonato, o carboxilato e ofosfato. O termo "grupo iônico" também pretende abranger aqueles gruposque podem ser convertidos em grupos iônicos. Conseqüentemente, os gruposácido carboxílico, ácido sulfônico ou ácido fosfórico também sãointerpretados como sendo grupos iônicos.
Adequação é possuída costumeiramente por ácidoscarboxílicos e ácidos sulfônicos alifáticos, cicloalifáticos, alifáticos ouaromáticos que contenham pelo menos um grupo hidroxila alcoólica. É dadapreferência aos ácidos dihidróxi carboxílicos, especialmente aos ácidosdihidroxialquilcarboxílicos, especialmente aqueles que têm de 3 até 10átomos de carbono, tais como também descritos na US-A 3.412.054.Compostos particularmente preferidos são aqueles de fórmula geral (ci)
<formula>formula see original document page 7</formula>
em que R1 e R2 são cada um Ci a C4 alcanodiila (unidade) e R3é um Ci a C4 alquila (unidade) e especialmente ácido imetilolpropiônico(DMPA).
Além dos compostos a), b) e c), outros compostos, oscompostos d), são adequados como componentes da síntese do poliuretano.
Pode ser feita menção, por exemplo, a compostos isocianatoque tenham mais do que dois grupos isocianato, tais como os que podem serobtidos, por exemplo, pela formação de biuretos ou de isocianuratos partindodos diisocianatos acima.
Pode ser também feita menção, por exemplo, a compostos quetenham um peso molar menor do que 500 g/mol que compreendam pelomenos dois grupos isocianato-reativos, especialmente grupos hidroxila. Oscompostos desta espécie servem, de preferência, para extensão de cadeia oureticulação.
Os compostos adequados incluem, por exemplo, etileno glicol,propano-1,2-diol, propano-l,3-diol, butano-l,3-diol, buteno-1,4-diol, butino-
1,4-diol, pentano-l,5-diol, neopentil glicol, bis (hidroximetil) ciclohexanos5 tais como 1,4-bis (hidroximetil) ciclohexano, 2-metilpropano-l,3-diol,metilpentanodióis e também dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetilenoglicol, polietileno glicol, dipropileno glicol, polipropileno glicol, dibutilenoglicol e polibutileno glicóis. É dada preferência aos álcoois de fórmula geralHO-(CH2)x-OH, em que x é um número de desde 1 até 20, de preferência um número par de desde 2 até 20. Exemplos dos mesmos são etileno glicol,butano-1,4-diol, hexano-l,6-diol, octano-l,8-diol e dodecano-l,12-diol. Apreferência estende-se a neopentil glicol.
Pode ser também feita menção a compostos d) que têm apenasum grupo isocianato ou um grupo isocianato-reativo, particularmentemonoálcoois. Os compostos desta espécie são habitualmente usados pararegular o peso molecular.
Preferivelmente o poliuretano é composta até uma extensão depelo menos 50 %, mais preferivelmente de pelo menos 80% e muitopreferivelmente de pelo menos 90 % em peso de compostos a) e b).
A fração de componentes c) como uma proporção daquantidade de total de componentes (a), (b), (c) e (d) geralmente é tal que aquantidade molar dos grupos iônicos, baseada na quantidade em peso de todosos monômeros (a) a (d), é de 30 até 1000, de preferência de 50 até 800 e maispreferivelmente 80 a 600 mmoles/kg de poliuretano.
A quantidade de compostos d) é de preferência menor do que10 %, mais preferivelmente menor do que 5 % ou 2 % e muitopreferivelmente menor do que de 1 % em peso. Em uma modalidadeparticularmente preferida, o poliuretano é composto exclusivamente de a), b)e c).que
As características substanciais do poliuretano da invenção são
- a quantidade de grupos uréia (peso molar 56 g/mol)
<formula>formula see original document page 9</formula>
é menor do que 0,6 % em peso, baseado no peso total do poliuretano,
o grupo iônico de c) foi pelo menos parcialmenteneutralizado com amônia e
- a reação dos compostos a), b), c) e d) não ocorre na presençade um catalisador que contém ligações de metal-carbono.
A quantidade de grupos uréia é de preferência menor do que0,5 %, mais preferivelmente menor do que 0,4 % em peso.
Os grupos uréia são formados durante a reação de gruposisocianato com grupos amino. Os compostos d) que contêm grupos amino sãoportanto usados, se é que são, apenas em quantidades mínimas.
Com preferência muito especial o poliuretano é largamenteisento de grupos uréia.
Os grupos iônicos de c) foram neutralizados de preferência atéuma extensão de pelo menos 20 % molar, mais preferivelmente de pelomenos 30 % molar, muito preferivelmente de pelo menos 50 % molar, comamônia e portanto estão na forma do sal do cátion amônio. Em particular, 20 a80 % molar, mais preferivelmente 30 a 70 % molar, dos grupos iônicos c)foram neutralizados com amônia.
Os compostos organometálicos (isto é, compostos que contêmuma ligação de metal-carbono), particularmente compostos de organoestanhotal como o dilaurato de dibutil estanho, são freqüentemente usados comocatalisadores na reação de isocianato com grupos hidroxila.
No contexto da presente invenção, nenhum tal composto quecontenha uma ligação de metal-carbono é usado como catalisador durante areação.
Em particular, nenhum composto que compreenda átomos demetal, seja em forma covalentemente ligada ou em forma iônica, é usadocomo catalisador.
Preferivelmente nem catalisadores metálicos nem outros sãousados na reação de compostos isocianato com compostos contendo hidroxila.
Normalmente os componentes (a) a (d) e suas respectivasquantidades molares são selecionados tal que a razão de A:B, em queA é a quantidade molar de grupos isocianato e
B é a soma da quantidade molar de grupos hidroxila e aquantidade molar de grupos funcionais que podem reagir com os isocianatosem uma reação de adição,
é de desde 0,5:1 até 2:1, de preferência de desde 0,8:1 até 1,5, mais preferivelmente 0,9:1 até 1,2:1. Com preferência muito especial a razãode A:B é tão próxima quanto possível a 1:1.
Os monômeros (a) a (d) usados contêm em mediahabitualmente desde 1,5 até 2,5, de preferência de desde 1,9 até 2,1, maispreferivelmente 2,0 grupos isocianato e/ou grupos funcionais que possam reagir com os isocianato em uma reação de adição.
A poliadição de componentes (a) a (d) para preparar opoliuretano ocorre de preferência a temperaturas de reação de até 180 °C, depreferência de até 150 °C sob pressão atmosférica ou sob a pressão autógena.
A preparação de poliuretanos e de dispersões aquosas de poliuretano, é conhecida do perito na técnica.
As dispersões aquosas de poliuretano obtidas geralmente têmum teor de sólidos de 10 % até 70 %, de preferência de desde 15 % até 50 %em peso.
Os poliuretanos têm um valor de K em N,N-dimetilformamida(DMF, 21 °C) geralmente de desde 20 até 60.
O valor de K é um número de viscosidade relativa que édeterminado em analogia a DIN 53 726 a 25 °. Ele compreende a vazão deuma solução de concentração de 1 % em peso de poliuretano em DMFrelativamente à vazão de DMF pura e caracteriza o peso molecular médio dopoliuretano.
As dispersões de poliuretano podem ser usadas sem outrosadjuvantes como um adesivo ou um selante.
Os adesivos ou selantes da invenção compreende as dispersõesde poliuretano e, se apropriado, outros constituintes.
Os adesivos podem ser adesivos sensíveis à pressão, adesivosde contato (aplicação de adesivo de dois lados), adesivos de espuma (oadesivo compreende agentes de formação de espuma) ou adesivos paralaminação, inclusive aqueles para componentes para interiores de automóveis,por exemplo.
Exemplos de substratos adequados para adesão incluemaqueles de madeira, de metal, de plástico e de papel.
Outros constituintes que podem ser citados incluem, porexemplo, espessantes, plastificantes ou então resinas agentes de pegajosidadetais como, por exemplo, resinas naturais ou resinas modificadas tais comoésteres de colofônio ou resinas sintéticas tais como resinas de ftalato.
Os adesivos de preferência não compreendem compostos quereajam com o poliuretano com reticulação. Conseqüentemente, as dispersõesde poliuretano da invenção são usadas de preferência como adesivos de umcomponente (1K), particularmente como adesivos 1K para laminação.
O adesivo para instalação de laminação geralmente envolve aadesão de substratos bi-dimensionais, filmes ou folhas metálicas por exemplo,a papel ou papelão. As dispersões de poliuretano são particularmenteadequadas como um adesivo para a produção de filmes compósitos, em que,como já descrito no início, diferentes filmes ou folhas metálicas são coladosum ao outro para várias finalidades.
Os materiais de filme e de folha metálica essencialmenteempregados são polietileno, polipropileno, especialmente polipropilenoorientado biaxialmente (OPP), poliamida, poliésteres, PVC, acetato decelulose, celofane e metais tais como estanho e alumínio, que tambémincluem, em particular filmes de polímero metalizados, por exemplo, filmesde poliolefina metalizados ou filmes de poliéster.
Os filmes de polímero, especialmente os filmes de poliolefina,podem, se apropriado, ter sido pré-tratados com corona.
O adesivo para laminação é aplicado a pelo menos um,geralmente apenas um, dos substratos a serem colados. Os substratosrevestidos são geralmente secos rapidamente e então prensados um contra ooutro ou contra substratos não revestidos, de preferência a uma temperaturade desde 30 até 80 °C.
O conjunto colado resultante, em particular o filme compósitoobtido tem uma alta resistência de adesão à temperatura ambiente de umaespécie que pode ser conseguida de outra forma geralmente somente no casode sistemas de dois componentes com o uso de um agente de reticulação.
Uma resistência particularmente alta é conseguida emassociação com a adesão de filmes de poliolefina, em particular de filmes deOPP, um ao outro ou em associação com a adesão de filmes de poliolefina, depreferência de filmes de OPP, a filmes de poliéster metalizados.
A altas temperaturas acima de aproximadamente 60 °C, aresistência de adesão se torna menor. Acima de aproximadamente 100 °C, emágua em ebulição, por exemplo, as ligações podem geralmente ser separadasde novo eficazmente. Isto permite a reciclagem separada das diferentes folhasmetálicas ou dos filmes no compósito.
ExemplosExemplo 1: Síntese de uma dispersão de poliuretano da invenção
Uma mistura de 174,2 g (1,00 mol) de diisocianatotolueno (80% de isômero 2,4, 20 % de isômero 2,6), 800 g (0,40 mol) de polipropilenoglicol com um número de OH de 56, 80,3 g (0,60 mol) de ácidodimetilolpropiônico e 100 g de acetona foram reagidos a 95 °C durante cincohoras. Esta mistura foi então resfriado até 30 °C e foi descoberto que aquantidade de grupos NCO que não reagiram era de 0,06 % em peso. Depoisdisso esta mistura foi diluída com 800 g de acetona e então, em sucessão, 16,0g (0,24 mol) de uma solução aquosa de amônia a 24 % em peso e foramincorporados 1500 g de água com agitação. A destilação da acetona forneceuuma dispersão aquosa de poliuretano com uma concentração deaproximadamente 40 % em peso.
Exemplo Comparativo 1: Síntese de uma dispersão depoliuretano de acordo com a DE-A1 4 308 079
Uma mistura de 174,2 g (1,00 mol) de diisocianatotolueno (80% de isômero 2,4, 20 % de isômero 2,6), 800 g (0,40 mol) de polipropilenoglicol com um número de OH de 56, 80,3 g (0,60 mol) de ácidodimetilolpropiônico, 0,4 g de dilaurato de dibutil estanho e 100 g de acetonaforam reagidos a 95 °C durante cinco horas. Esta mistura foi então resfriadaaté 30 °C e foi descoberto que a quantidade de grupos NCO que não reagiramera de 0,07 % em peso. Depois disso esta mistura foi diluída com 800 g deacetona e então, em sucessão, 24,2 g (0,24 mol) de trietilamina e foramincorporados 1500 g de água com agitação. A destilação da acetona forneceuuma dispersão aquosa de poliuretano com uma concentração deaproximadamente 40 % em peso.
Produção de filmes compósitos
A dispersão de poliuretano foi aplicada a uma taxa de 4 g/m2 aum filme pré-tratado com corona feito com polipropileno biaxialmenteorientado (OPP), usando-se um aplicador de rolo de 0,2 mm. Os filmesrevestidos foram secos com um soprador de ar quente duranteaproximadamente 2 minutos e prensados contra um outro filme (filme de OPPou filme de poliéster metalizado) em uma prensa de rolos a 70 °C e 6,5 bar,com uma velocidade de 5 m/minuto.
Depois de diferentes períodos de tempo de armazenagem àtemperatura ambiente, foi determinada a resistência ao descascamento, emN/cm, do filme compósito usando-se uma máquina de testagem de tração.
Filme compósito de oPP/oPP
<table>table see original document page 14</column></row><table>