EP1805242A1 - Wässrige, strahlenhärtbare harze, ein verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

Wässrige, strahlenhärtbare harze, ein verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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Publication number
EP1805242A1
EP1805242A1 EP05777794A EP05777794A EP1805242A1 EP 1805242 A1 EP1805242 A1 EP 1805242A1 EP 05777794 A EP05777794 A EP 05777794A EP 05777794 A EP05777794 A EP 05777794A EP 1805242 A1 EP1805242 A1 EP 1805242A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
aqueous
component
curable resin
aldehyde
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05777794A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick GLÖCKNER
Lutz Mindach
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.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Degussa GmbH
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 Degussa GmbH filed Critical Degussa GmbH
Publication of EP1805242A1 publication Critical patent/EP1805242A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09D161/24—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with acyclic or carbocyclic compounds with urea or thiourea

Definitions

  • Aqueous, radiation-curable resins a process for their preparation and their use
  • the invention relates to aqueous, radiation-curable resins, a process for their preparation and their use in adhesives and coating materials.
  • VOC volatile organic compounds
  • the film-forming components are relatively low molecular weight in the coating material and therefore low viscosity, so that can be dispensed with high proportions of organic solvents.
  • Permanent coatings are obtained by forming a high molecular weight, polymeric network is formed by application of the coating material by z. B. electron beam or UV light initiated crosslinking reactions.
  • the viscosity is often so high that z. B. a spray application can not be done.
  • the problem of high viscosity is overcome by the use of radiation-curable polymers which have been dispersed in water, since then the processing viscosity is independent of the molecular weight of the polymer (K. Buysens, M. Tielemans, T. Randoux, Surface Coatings International Part A, 5 (2003), 179-186).
  • Ketone aldehyde resins are used in coating materials, for. B. used as additive resins to improve certain properties such as drying speed, gloss, hardness or scratch resistance.
  • ketone-aldehyde resins have hydroxy groups and can therefore only with z.
  • polyisocyanates or amine resins are crosslinked. These crosslinking reactions are usually initiated or accelerated thermally.
  • the ketone-aldehyde resins are not suitable. Therefore, the ketone-aldehyde resins are commonly used in radiation-curable coating material systems z. B. used as a film-forming, but not crosslinking additional component. Such coatings are often due to the uncrosslinked shares low resistance to z. As gasoline, chemicals or solvents.
  • EP 902 065 describes the use of non-radiation-curable resins of urea (derivatives), ketones or aldehydes as an additional component in admixture with radiation-curable resins.
  • No. 4,070,500 describes the use of nonradiation curable ketone-formaldehyde resins as a film-forming component in radiation-curable inks.
  • DE 34 06 473 and DE 34 06 474 or EP 154 835 describe aqueous dispersions of urea-aldehyde resins, ketone resins or ketone-aldehyde resins using organic protective colloids.
  • protective colloids can adversely affect properties such as corrosion resistance in the subsequent application, these resins are not crosslinkable by radiation.
  • EP 594 038 likewise describes radiation-curable, aqueous urea-formaldehyde resins.
  • the object of the present invention was to modify hydroxyl-containing ketone, ketone-aldehyde, urea-aldehyde and phenolic resins and their hydrogenated secondary products chemically hydrophilic so that they are dispersible or soluble in water and by radiation in the presence of a suitable additive in a polymeric network can be converted.
  • a process for their preparation should be found.
  • the aqueous resin dispersions should be stable to hydrolysis and storage.
  • this object has been achieved by reacting hydroxyl-containing ketone, ketone-aldehyde, urea-aldehyde and phenolic resins and the hydrogenated derivatives with polycarboxylic acids and / or hydrophilic modified (poly) isocyanates and a component containing at least one ethylenically unsaturated group and has at least one reactive with respect to the resins grouping simultaneously.
  • ketone, ketone-aldehyde, urea-aldehyde and phenolic resins and their hydrogenated derivatives give stable aqueous dispersions which in the presence of an additive such.
  • a photoinitiator may optionally be converted in the presence of a photosensitizer by radiation in polymeric networks.
  • the aqueous systems of the invention are stable to hydrolysis and storage and contain no interfering additives z. B. in the form of emulsifiers or protective colloids.
  • the invention relates to aqueous, radiation-curable resin dispersions, essentially comprising the reaction product
  • the subject matter also relates to aqueous, radiation-curable resin dispersions obtained by polymer-analogous reaction of
  • Suitable ketones for the preparation of the ketone and ketone-aldehyde resins are all ketones, in particular acetone, acetophenone, methyl ethyl ketone, heptanone-2, pentanone-3, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclododecanone, mixtures of 2,2,4- and 2,4,4-trimethylcyclopentanone, cycloheptanone and cyclooctanone, cyclohexanone and any alkyl-substituted cyclohexanones having one or more alkyl radicals having a total of from 1 to 8 carbon atoms, individually or in admixture.
  • alkyl-substituted cyclohexanones 4-tert-amylcyclohexanone, 2-sec-butylcyclohexanone, 2-tert. Butylcyclohexanone, 4-tert-butylcyclohexanone, 2-methylcyclohexanone and 3,3,5-trimethylcyclohexanone.
  • ketones usually all C-H-acidic ketones, can be used.
  • ketone-aldehyde resins based on the ketones acetophenone, cyclohexanone, 4-tert. Butylcyclohexanone, 3,3,5-trimethylcyclohexanone and heptanone alone or in mixture.
  • aldehyde component of the ketone-aldehyde resins are in principle unsubstituted or branched aldehydes, such as.
  • formaldehyde acetaldehyde, n-butyraldehyde and / or iso-butyraldehyde, valeric aldehyde and dodecanal.
  • all aldehydes mentioned in the literature as suitable for ketone resin syntheses can be used.
  • formaldehyde is used alone or in mixtures.
  • the required formaldehyde is usually used as about 20 to 40 wt .-% aqueous or alcoholic (eg, methanol or butanol) solution.
  • alcoholic eg, methanol or butanol
  • Other uses of formaldehyde such.
  • para-formaldehyde or trioxane are also possible.
  • Aromatic aldehydes, such as. B. benzaldehyde may also be included in admixture with formaldehyde.
  • Particularly preferred starting compounds for ketone-aldehyde resins (component A)) acetophenone, cyclohexanone, 4-tert. Butylcyclohexanone, 3,3,5-trimethylcyclohexanone and heptanone used alone or in mixture and formaldehyde.
  • component A is also urea-aldehyde resins using a urea of the general formula (i)
  • R 1 and R 2 are hydrocarbon radicals (for example alkyl, aryl and / or alkylaryl radicals) in each case having up to 20 carbon atoms and / or formaldehyde is used.
  • Suitable aldehydes of the general formula (ii) are, for example, isobutyraldehyde, 2-methylpentanal, 2-ethylhexanal and 2-phenylpropanal, and mixtures thereof. Isobutyraldehyde is preferred.
  • Formaldehyde may be in aqueous form, some or all of alcohols such. As methanol or ethanol may be used as paraformaldehyde and / or trioxane. In general, all monomers described in the literature for the preparation of aldehyde-urea resins are suitable.
  • compositions are for. B. in DE 27 57 220, DE-OS 27 57 176 and EP 271 776 described.
  • Suitable ketones for the preparation of the carbonyl-hydrogenated ketone-aldehyde resins are all ketones, in particular acetone, acetophenone, methyl ethyl ketone, heptanone-2, pentanone-3, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclododecanone, mixtures of 2,2,4- and 2 , 4,4-trimethylcyclopentanone, cycloheptanone and cyclooctanone, cyclohexanone and all alkyl-substituted cyclohexanones having one or more alkyl radicals having a total of 1 to 8 carbon atoms, individually or in mixture.
  • alkyl-substituted cyclohexanones mention may be made of 4-tert-amylcyclohexanone, 2-sec-butylcyclohexanone, 2-tert-butylcyclohexanone, 4-tert-butylcyclohexanone, 2-methylcyclohexanone and 3,3,5-trimethylcyclohexanone.
  • ketones usually all C-H-acidic ketones, can be used.
  • Carbonyl-hydrogenated ketone-aldehyde resins based on the ketones acetophenone, cyclohexanone, 4-tert-butylcyclohexanone, 3,3,5-trimethylcyclohexanone and heptanone alone or in a mixture are preferred.
  • aldehyde component of the carbonyl-hydrogenated ketone-aldehyde resins are in principle unsubstituted or branched aldehydes, such as.
  • formaldehyde acetaldehyde, n-butyraldehyde and / or iso-butyraldehyde, valeric aldehyde and dodecanal.
  • all aldehydes mentioned in the literature as suitable for ketone resin syntheses can be used.
  • formaldehyde is used alone or in mixtures.
  • the required formaldehyde is usually used as about 20 to 40 wt .-% aqueous or alcoholic (eg, methanol or butanol) solution.
  • alcoholic eg, methanol or butanol
  • Other uses of formaldehyde such.
  • para-formaldehyde or trioxane also possible.
  • Aromatic aldehydes, such as. B. benzaldehyde may also be included in admixture with formaldehyde.
  • Particularly preferred starting compounds for component A) are carbonyl-hydrogenated resins of acetophenone, cyclohexanone, 4-tert-butylcyclohexanone, 3,3,5-trimethylcyclohexanone and heptanone alone or in mixture and formaldehyde.
  • the resins of ketone and aldehyde are hydrogenated in the presence of a catalyst with hydrogen at pressures of up to 300 bar. In this case, part of the carbonyl groups of the ketone-aldehyde resin is converted into secondary hydroxyl groups.
  • B. hydrogen pressure, solvents, temperature may also contain other groups such.
  • component A) are also ring-hydrogenated phenol-aldehyde resins of the novolak type using the aldehydes such.
  • aldehydes such as formaldehyde, butyraldehyde or benzaldehyde, preferably formaldehyde used.
  • formaldehyde butyraldehyde or benzaldehyde, preferably formaldehyde used.
  • non-hydrogenated novolaks can be used, but then have lower light fastness.
  • ring-hydrogenated resins based on alkyl-substituted phenols.
  • all phenols mentioned as suitable in the literature for phenolic resin syntheses can be used.
  • Suitable phenols are phenol, 2- and 4-tert-butylphenol, 4-amylphenol, nonylphenol, 2-, and 4-tert-octylphenol, dodecylphenol, cresol, xylenols and bisphenols. They can be used alone or in mixture.
  • ring-hydrogenated, alkyl-substituted phenol-formaldehyde resins of the novolak type Preferred phenolic resins are reaction products of formaldehyde and 2- and 4-tert-butylphenol, 4-amylphenol, nonylphenol, 2-, and 4-tert-octylphenol and dodecylphenol.
  • the hydroxyl groups can also be hydrogenated, so that cycloaliphatic rings are formed.
  • the ring-hydrogenated resins have OH numbers of 50 to 450 mg KOH / g, preferably 75 to 350 mg KOH / g, more preferably from 100 to 300 mg KOH / g.
  • the proportion of aromatic groups is below 50 wt .-%, preferably below 30 wt .-%, more preferably below 10 wt .-%.
  • the hydrophilic modification takes place for.
  • Example by reacting the hydroxy-functional resin A) with a (poly) isocyanate and / or mixtures of different (poly) isocyanates with compounds which in addition to the hydrophilic or potentially hydrophilic group - d. H. those groups which become hydrophilic only after neutralization - at least one isocyanate-reactive function such as. B. hydroxy or amino groups.
  • Examples of such compounds for the hydrophilic modification of (poly) isocyanates are amino acids, hydroxy sulfonic acids, aminosulfonic acids and hydroxy carboxylic acids. Preference is given to using dimethylolpropionic acid and / or 2 - [(2-aminoethyl) amino] ethane sulfonic acid or derivatives thereof (component B)).
  • the hydrophilic modification can also be done with non-ionic groups or already neutralized compounds.
  • Suitable polyisocyanates for the preparation of B) are preferably di- to tetrafunctional polyisocyanates. Examples of these are cyclohexane diisocyanate, methylcyclohexane diisocyanate,
  • TIN 4-isocyanatomethyl-1, 8-octane diisocyanate
  • decane and triisocyanate undecanediol and triisocyanate
  • dodecane diisocyanates and triisocyanates isophorone diisocyanate (IPDI)
  • polyisocyanates are the compounds prepared by trimerization, allophanatization, biuretization and / or urethanization of simple diisocyanates having more than two isocyanate groups per molecule, for example the reaction products of these simple diisocyanates, such as IPDI, HDI and / or HMDI with polyhydric alcohols (For example, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol) or polyvalent polyamines or triisocyanurates obtainable by trimerization of simple diisocyanates, such as IPDI, HDI and H 12 MDI.
  • polyhydric alcohols for example, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol
  • polyvalent polyamines or triisocyanurates obtainable by trimerization of simple diisocyanates, such as IPDI, HDI and H 12 MDI.
  • component B polycarboxylic acids, polycarboxylic acid anhydrides, polycarboxylic acid esters and / or polycarboxylic acid halides, with a certain amount of acid groups being retained.
  • component C) are suitable maleic anhydride, (meth) acrylic acid derivatives such.
  • radiation-curable resins can be obtained by reacting component A) with B) and with isocyanates having an ethylenically unsaturated group, such as. B.
  • alkyl spacers having one to 12, preferably 2 to 8, more preferably 2 to 6 carbon atoms, such as.
  • methacrylethyl isocyanate methacrylic butyl isocyanate.
  • reaction products of hydroxyalkyl (meth) acrylates, whose Alkyl spacers have one to 12, preferably 2 to 8, more preferably 2 to 6 carbon atoms, and diisocyanates such.
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • MPDI 1,5-diisocyanato-2-methylpentane
  • reaction products in the molar ratio of 1: 1 of hydroxyethyl acrylate and / or hydroxyethyl methacrylate with isophorone diisocyanate and / or H 12 MDI and / or HDI.
  • polyisocyanates are the compounds prepared by trimerization, allophanatization, biuretization and / or urethanization of simple diisocyanates having more than two isocyanate groups per molecule, for example the reaction products of these simple diisocyanates, such as IPDI, HDI and / or HMDI with polyhydric alcohols (For example, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol) or polyvalent polyamines or triisocyanurates obtainable by trimerization of simple diisocyanates, such as IPDI, HDI and H 12 MDI.
  • polyhydric alcohols for example, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol
  • polyvalent polyamines or triisocyanurates obtainable by trimerization of simple diisocyanates, such as IPDI, HDI and H 12 MDI.
  • component A) it is also possible to use a part of component A) by further hydroxy-functional polymers such.
  • hydroxy-functional polyethers polyesters, polyurethanes and / or polyacrylates to replace.
  • mixtures of these polymers with components A) can be reacted directly with components B) and C) in a polymer-analogous manner. It has been shown that initially adducts of A) with z.
  • hydroxy-functional polyethers polyesters, polyurethanes and / or polyacrylates can be prepared using said di- and / or triisocyanates, which then only with the components B) and C) are reacted polymer analog.
  • the other hydroxy-functional polymers In contrast to the "pure" resins according to the invention, properties such as flexibility and hardness can be adjusted even better, the other hydroxy-functional polymers generally have molecular weights Mn between 200 and 10,000 g / mol, preferably between 300 and 5 000 g / mol.
  • the invention also provides a process for the preparation of aqueous, radiation-curable resin dispersions obtained by polymer-analogous reaction of
  • the resins according to the invention are prepared in the melt or in solution of a suitable organic solvent which, if desired, can be separated off by distillation after the preparation.
  • Suitable auxiliary solvents are low-boiling inert solvents which do not form a miscibility gap with water over wide ranges, have a boiling point at atmospheric pressure below 100 ° C. and, if desired, can be easily distilled to a residual content of less than 2% by weight and in particular of less than 0.5% by weight, based on the final dispersion or aqueous solution, and that it can be reused.
  • Suitable solvents of this type are for. As acetone, methyl ethyl ketone or tetrahydro-uranium. Basically suitable are also higher-boiling solvents such.
  • n-butyl glycol di-n-butyl glycol and N-methylpyrrolidone, which then remain in the dispersion.
  • reactive diluents can be used, ie, compounds which have a relatively low viscosity and can simultaneously undergo radiation-initiated crosslinking reactions. These compounds also remain in the later aqueous dispersion.
  • a solution or melt of the hydroxyl-containing ketone, ketone-aldehyde, urea-aldehyde, phenolic resins or their hydrogenated derivatives A) is the compound which contains at least one ethylenically unsaturated group and at least one opposite to A) or / and B) has reactive moiety (component C)), optionally in the presence of a suitable catalyst.
  • an adduct of 2 moles of diisocyanate and 1 mole of dimethylolpropionic acid and / or 2 - [(2-aminoethyl) amino] ethanesulfonic acid or derivatives thereof may optionally be prepared using a suitable solvent and a suitable catalyst.
  • the temperature of the reaction is selected. Temperatures between 30 and 245.degree. C., preferably between 50 and 140.degree. C., have proven successful in all reaction steps.
  • a suitable catalyst for the preparation of the resins of the invention can be used. Suitable are all known in the literature compounds that accelerate an OH-NCO reaction, such as. B. diazabicyclooctane (DABCO) and / or metal compounds such. B. dibutyltin dilaurate (DBTL).
  • DABCO diazabicyclooctane
  • DBTL dibutyltin dilaurate
  • the reaction can be stopped by adding an amine or alcohol. Depending on the nature of this component can be further properties such. B. the compatibility with other raw materials, eg. As pigments vary.
  • the neutralization of the potentially hydrophilic groups of the resins according to the invention can be carried out with inorganic and / or organic bases, such as.
  • inorganic and / or organic bases such as.
  • ammonia or organic amines Preferably used are primary, secondary and / or tertiary amines, such as. For example, ethylamine, propylamine, dimethylamine, dibutylamine, cyclohexylamine, benzylamine, morpholine, piperidine and triethanolamine.
  • volatile, tertiary amines in particular dimethylethanolamine, diethylethanolamine, 2-dimethylamino-2-methyl-1-propanol, triethylamine, tripropylamine and tributylamine in the case of anionic potential groups.
  • cationic potential ionic groups can be neutralized with inorganic and / or organic acids, such as. As acetic acid, formic acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, etc.
  • the degree of neutralization depends on the content of neutralizable groups in the hydrophilically modified resin and is preferably 50 to 130% of the neutralization amount necessary for a stoichiometric neutralization.
  • reaction product of A), B) and C) may optionally be combined with other hydrophilic and / or non-hydrophilic resins and / or further components and then dispersed together, for example with acrylated polyesters, polyacrylates, polyesterurethanes, epoxyacrylates and / or polyether acrylates and alkyd resins, ketone-formaldehyde resins, ketone resins and / or unsaturated polyesters.
  • the solvent optionally present can be separated off after the reaction has ended, in which case a solution until dispersion of the product according to the invention in water is generally obtained.
  • aqueous dispersions according to the invention are suitable as the main component, base component or additional component in aqueous radiation-curing coating materials, adhesives, printing inks and inks, polishes, glazes, pigment pastes, fillers, cosmetic articles and / or sealing and insulating materials, since they are characterized by fast drying and through-drying speeds , high blocking resistance due to their high glass transition temperature as well as very good pigment wetting properties even with hard-to-wet organic pigments.
  • these resins can be converted by irradiation into polymeric, insoluble networks which, depending on the content of ethylenically unsaturated groups, give elastomers to thermosets.
  • aqueous radiation-curing coating materials adhesives, printing inks and inks, polishes, glazes, pigment pastes, fillers, cosmetic articles and / or sealing and insulating materials;
  • main component As the main component, base component or additive component in aqueous radiation-curing fillers, primers, fillers, basecoats, topcoats and clearcoats;
  • main component base component or additive component in aqueous radiation-curing coating materials, adhesives, printing inks and inks, polishes,
  • aqueous radiation-curing coating materials adhesives, printing inks and inks, polishes, glazes, pigment pastes, fillers, cosmetic articles and / or sealing and
  • auxiliaries and additives selected from inhibitors, organic solvents which optionally contain unsaturated groups, surface-active substances, oxygen and / or radical scavengers, catalysts, light stabilizers, color brighteners, photosensitizers and initiators, additives for influencing theological properties such.
  • auxiliaries and additives selected from inhibitors, organic solvents which optionally contain unsaturated groups, surface-active substances, oxygen and / or radical scavengers, catalysts, light stabilizers, color brighteners, photosensitizers and initiators, additives for influencing theological properties such.
  • auxiliaries and additives selected from inhibitors, organic solvents which optionally contain unsaturated groups, surface-active substances, oxygen and / or radical scavengers, catalysts, light stabilizers, color brighteners, photosensitizers and initiators, additives for influencing theological properties such.
  • B. thixotropic agents and / or thickening agents selected from inhibitors, organic solvents which optional
  • Leveling agents anti-skinning agents, defoamers, plasticizers, antistatic agents, lubricants, wetting and dispersing agents, preservatives such.
  • fungicides and / or biocides thermoplastic additives, dyes, pigments, matting agents, fire protection equipment, internal release agents, fillers and / or blowing agents.
  • coated articles made with compositions containing the dispersions of the invention.
  • the dispersion is provided with a polyurethane dispersion in the ratio 1: 1, applied to a glass plate or a Bonderblech and the solvent at elevated temperature (30 min, 80 ° C) evaporated. Subsequently, the films are cured by UV light (medium pressure mercury lamp, 7O W / optical filter 350 nm) for about 12 sec. Long.
  • UV light medium pressure mercury lamp, 7O W / optical filter 350 nm
  • the films are resistant to super-gasoline and methyl ethyl ketone.
  • Adhesion to steel sheet (DIN 53151): 0 Buchholz indentation hardness (DIN 53153): 83 Erichsen indentation (DIN 53156):> 9.5 mm King pendulum hardness (DIN 53157): 123 s

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Abstract

Wässrige, strahlenhärtbare Harze, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung. Die Erfindung betrifft wässrige, strahlenhärtbare Harze, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.

Description

Wässrige, strahlenhärtbare Harze, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft wässrige, strahlenhärtbare Harze, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung in Kleb- und Beschichtungsstoffen.
Strahlenhärtbare Beschichtungsstoffe haben innerhalb der letzten Jahre zunehmend an Bedeutung gewonnen, da u. a. der Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) dieser Systeme gering ist.
Die filmbildenden Komponenten sind im Beschichtungsstoff relativ niedermolekular und deshalb niedrigviskos, so dass auf hohe Anteile organischer Lösemittel verzichtet werden kann. Dauerhafte Beschichtungen werden erhalten, indem nach Applikation des Beschichtungsstoffes ein hochmolekulares, polymeres Netzwerk gebildet wird durch z. B. Elektronenstrahlen oder UV-Licht initiierte Vernetzungsreaktionen.
Trotz des geringen Molekulargewichtes der filmbildenden Komponenten des Beschichtungsstoffes ist die Viskosität oft so hoch, dass z. B. eine Spritzapplikation nicht erfolgen kann. Man umgeht das Problem der hohen Viskosität durch die Verwendung von strahlenhärtbaren Polymeren, die in Wasser dispergiert wurden, da dann die Verarbeitungsviskosität vom Molekulargewicht des Polymeren unabhängig ist (K. Buysens, M. Tielemans, T. Randoux, Surface Coatings International Part A, 5 (2003), 179-186).
Keton- Aldehydharze werden in Beschichtungsstoffen z. B. als Additivharze eingesetzt, um bestimmte Eigenschaften wie Antrocknungsgeschwindigkeit, Glanz, Härte oder Kratzfestigkeit zu verbessern.
Üblicherweise verfügen Keton- Aldehydharze über Hydroxygruppen und können daher nur mit z. B. Polyisocyanaten oder Aminharzen vernetzt werden. Diese Vernetzungsreaktionen werden üblicherweise thermisch eingeleitet bzw. beschleunigt.
Für strahlungsinitiierte Vernetzungsreaktionen nach kationischen und/oder radikalischen Reaktionsmechanismen sind die Keton- Aldehydharze nicht geeignet. Daher werden die Keton-Aldehydharze üblicherweise in strahlenhärtbaren Beschichtungsstoff- Systemen z. B. als filmbildende, jedoch nicht vernetzende Zusatzkomponente eingesetzt. Derartige Beschichtungen besitzen oft wegen der unvernetzten Anteile eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber z. B. Benzin, Chemikalien oder Lösemitteln.
DE 23 45 624, EP 736 074, DE 28 47 796, DD 24 0318, DE 24 38 724, JP 09143396 beschreiben die Verwendung von Keton- Aldehyd- und Ketonharzen, z. B. Cyclohexanon- Formaldehydharzen in strahlenhärtbaren Systemen. Strahleninduzierte Vernetzungsreaktionen dieser Harze sind nicht beschrieben.
EP 902 065 beschreibt die Verwendung von nicht strahlungshärtbaren Harzen aus Harnstoff(derivaten), Ketonen oder Aldehyden als Zusatzkomponente im Gemisch mit strahlungshärtbaren Harzen.
DE 24 38 712 beschreibt Strahlungshärtende Druckfarben aus filmbildenden Harzen, Keton- und Keton-Formaldehydharzen sowie polymerisierbaren Komponenten wie polyfunktionellen Acrylatestern mehrwertiger Alkohole. Dem Fachmann ist offensichtlich, dass eine strahleninduzierte Vernetzungsreaktion der modifizierten Keton- Aldehyd- und Ketonharze nur durch die Verwendung von ungesättigten Fettsäuren eintreten kann. Es ist jedoch bekannt, dass Harze mit einem hohen Ölgehalt zu unerwünschten Vergilbungen neigen.
US 4,070,500 beschreibt die Verwendung nicht-strahlungshärtbarer Keton-Formaldehyd-Harze als filmbildende Komponente in strahlungshärtbaren Tinten.
Wasserdispergierbare Kondensationsprodukte oder deren Derivate werden beschrieben in DE 196 43 704, EP 838 485, EP 498 301, DE 25 42 090, DE 31 44 673 und EP 154 835. Der Einsatz in Applikationen, in denen die Vernetzung durch Strahlung eingeleitet wird, wird nicht beschrieben.
In DE 34 06 473 und DE 34 06 474 bzw. EP 154 835 werden wässrige Dispersionen von Harnstoff-Aldehydharzen, Ketonharzen oder Keton-Aldehydharzen unter Verwendung organischer Schutzkolloide beschrieben. Neben dem Nachteil, dass Schutzkolloide Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeiten in der späteren Anwendung negativ beeinflussen können, sind diese Harze nicht durch Strahlung vernetzbar.
EP 594 038 beschreibt ebenfalls nicht strahlungshärtbare, wässrige Harnstoff- Formaldehydharze.
In allen Veröffentlichungen zu wässrigen Kondensationsprodukten wird nicht die Verwendung in strahlenhärtbaren Systemen beschrieben. Auch ist nicht beschrieben, wie durch UV-Licht oder Elektronenstrahlen vernetzbare, wasserdispergierbare Harze erhalten werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, hydroxygruppenhaltige Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd- und Phenolharze sowie ihre hydrierten Folgeprodukte chemisch derart hydrophil zu modifizieren, dass sie in Wasser dispergierbar oder löslich sind und durch Strahlung in Anwesenheit eines geeigneten Zusatzstoffes in ein polymeres Netzwerk umgewandelt werden können. Außerdem sollte ein Verfahren zu ihrer Herstellung gefunden werden. Die wässrigen Harzdispersionen sollen verseifungs- und lagerstabil sein.
Überraschender Weise konnte diese Aufgabe gelöst werden durch Umsetzung hydroxygruppenhaltiger Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd- und Phenolharze sowie der hydrierten Folgeprodukte mit Polycarbonsäuren und/oder hydrophil modifizierten (Poly)isocyanaten sowie einer Komponente, die mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung und gleichzeitig mindestens eine gegenüber den Harzen reaktive Gruppierung aufweist.
Nach eventuell notwendiger Neutralisation und Wasserzugabe ergeben die so modifizierten Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd- und Phenolharze sowie ihre hydrierten Folgeprodukte stabile wässrige Dispersionen, die in Anwesenheit eines Zusatzstoffes wie z. B. einem Photoinitiator gegebenenfalls in Anwesenheit eines Photosensibilisators durch Strahlung in polymere Netzwerke umgewandelt werden können.
Die erfindungsgemäßen wässrigen Systeme sind verseifungs- und lagerstabil und enthalten keine störenden Zusätze z. B. in Form von Emulgatoren oder Schutzkolloiden. Gegenstand der Erfindung sind wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen, im Wesentlichen enthaltend das Umsetzungsprodukt aus
A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierten Folgeprodukte, und
B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer hydrophilen und/oder potentiell hydrophilen Gruppe, und C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung mit gleichzeitig mindestens einer gegenüber A) und/oder B) reaktive Gruppierung aufweist.
Gegenstand sind auch wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen, erhalten durch polymeranaloge Umsetzung von
A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierten Folgeprodukte, und
B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer hydrophilen und/oder potentiell hydrophilen Gruppe, mit
C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung mit gleichzeitig mindestens einer gegenüber A) und/oder B) reaktive Gruppierung aufweist und anschließende Vermengung des gegebenenfalls neutralisierten Harzes mit Wasser.
Als Ketone zur Herstellung der Keton- und Keton-Aldehydharze (Komponente A)) eignen sich alle Ketone, insbesondere Aceton, Acetophenon, Methylethylketon, Heptanon-2, Pentanon-3, Methylisobutylketon, Cyclopentanon, Cyclododecanon, Mischungen aus 2,2,4- und 2,4,4- Trimethylcyclopentanon, Cycloheptanon und Cyclooctanon, Cyclohexanon und alle alkylsubstituierten Cyclohexanone mit einem oder mehreren Alkylresten, die insgesamt 1 bis 8 Kohlenstoffatome aufweisen, einzeln oder in Mischung. Als Beispiele alkylsubstituierter Cyclohexanone können 4-tert.-Amylcyclohexanon, 2-sek.-Butylcyclohexanon, 2-tert.- Butylcyclohexanon, 4-tert.-Butylcyclohexanon, 2-Methylcyclohexanon und 3,3,5- Trimethylcyclohexanon genannt werden.
Im Allgemeinen können aber alle in der Literatur für Keton- und Keton- Aldehydharzsynthesen als geeignet genannten Ketone, in der Regel alle C-H-aciden Ketone, eingesetzt werden. Bevorzugt werden Keton-Aldehydharze auf Basis der Ketone Acetophenon, Cyclohexanon, 4-tert. -Butylcyclohexanon, 3,3,5-Trimethylcyclohexanon und Heptanon allein oder in Mischung.
Als Aldehyd-Komponente der Keton-Aldehydharze (Komponente A)) eignen sich prinzipiell unverzeigte oder verzweigte Aldehyde, wie z. B. Formaldehyd, Acetaldehyd, n-Butyraldehyd und/oder iso-Butyraldehyd, Valerianaldehyd sowie Dodecanal. Im Allgemeinen können alle in der Literatur für Ketonharzsynthesen als geeignet genannten Aldehyde eingesetzt werden. Bevorzugt wird jedoch Formaldehyd allein oder in Mischungen verwendet.
Das benötigte Formaldehyd wird üblicherweise als ca. 20 bis 40 Gew.-%ige wässrige oder alkoholische (z. B. Methanol oder Butanol) Lösung eingesetzt. Andere Einsatzformen des Formaldehyds wie z. B. auch die Verwendung von para-Formaldehyd oder Trioxan sind ebenfalls möglich. Aromatische Aldehyde, wie z. B. Benzaldehyd, können in Mischung mit Formaldehyd ebenfalls enthalten sein.
Besonders bevorzugt werden als Ausgangsverbindungen für Keton-Aldehydharze (Komponente A)) Acetophenon, Cyclohexanon, 4-tert. -Butylcyclohexanon, 3,3,5- Trimethylcyclohexanon sowie Heptanon allein oder in Mischung und Formaldehyd eingesetzt.
Die Herstellung und die Monomere für Harnstoff-Aldehydharze (Komponente A)) sind in EP 271 776 beschrieben: Als Komponente A) werden auch Harnstoff-Aldehydharze unter Verwendung eines Harnstoffes der allgemeinen Formel (i)
in der X Sauerstoff oder Schwefel, A einen Alkylenrest bedeuten und n für 0 bis 3 steht, mit 1,9 (n + 1) bis 2,2 (n + 1) mol eines Aldehyds der allgemeinen Formel (ii)
in der R1 und R2 für Kohlenwasserstoffreste (z. B. Alkyl-, Aryl- und/oder Alkylarylreste) mit jeweils bis zu 20 Kohlenstoffatomen stehen und/oder Formaldehyd verwendet.
Geeignete Harnstoffe der allgemeinen Formel (i) mit n = 0 sind z. B. Harnstoff und Thioharnstoff, mit n = 1 Methylendiharnstoff, Ethylendiharnstoff, Tetramethylendiharnstoff und/oder Hexamethylendiharnstoff sowie deren Gemische. Bevorzugt ist Harnstoff.
Geeignete Aldehyde der allgemeinen Formel (ii) sind beispielsweise Isobutyraldehyd, 2-Methylpentanal, 2-Ethylhexanal und 2-Phenylpropanal sowie deren Gemische. Bevorzugt ist Isobutyraldehyd.
Formaldehyd kann in wässriger Form, die zum Teil oder ganz auch Alkohole wie z. B. Methanol oder Ethanol enthalten kann, als Paraformaldehyd und/oder Trioxan verwendet werden. Im Allgemeinen sind alle Monomere, die in der Literatur zur Herstellung von Aldehyd- Harnstoffharzen beschrieben sind, geeignet.
Typische Zusammensetzungen sind z. B. in DE 27 57 220, DE-OS 27 57 176 sowie EP 271 776 beschrieben.
Als Ketone zur Herstellung der carbonylhydrierten Keton-Aldehydharze (Komponente A)) eignen sich alle Ketone, insbesondere Aceton, Acetophenon, Methylethylketon, Heptanon-2, Pentanon-3, Methylisobutylketon, Cyclopentanon, Cyclododecanon, Mischungen aus 2,2,4- und 2,4,4-Trimethylcyclopentanon, Cycloheptanon und Cyclooctanon, Cyclohexanon und alle alkylsubstituierten Cyclohexanone mit einem oder mehreren Alkylresten, die insgesamt 1 bis 8 Kohlenstoffatome aufweisen, einzeln oder in Mischung. Als Beispiele alkylsubstituierter Cyclohexanone können 4-tert.-Amylcyclohexanon, 2-sek.-Butylcyclohexanon, 2-tert.- Butylcyclohexanon, 4-tert.-Butylcyclohexanon, 2-Methylcyclohexanon und 3,3,5- Trimethylcyclohexanon genannt werden.
Im Allgemeinen können aber alle in der Literatur für Ketonharzsynthesen als geeignet genannten Ketone, in der Regel alle C-H-aciden Ketone, eingesetzt werden. Bevorzugt werden carbonylhydrierte Keton-Aldehydharze auf Basis der Ketone Acetophenon, Cyclohexanon, 4-tert.-Butylcyclohexanon, 3,3,5-Trimethylcyclohexanon und Heptanon allein oder in Mischung.
Als Aldehyd-Komponente der carbonylhydrierten Keton-Aldehydharze (Komponente A)) eignen sich prinzipiell unverzeigte oder verzweigte Aldehyde, wie z. B. Formaldehyd, Acetaldehyd, n-Butyraldehyd und/oder iso-Butyraldehyd, Valerianaldehyd sowie Dodecanal. Im Allgemeinen können alle in der Literatur für Ketonharzsynthesen als geeignet genannten Aldehyde eingesetzt werden. Bevorzugt wird jedoch Formaldehyd allein oder in Mischungen verwendet.
Das benötigte Formaldehyd wird üblicherweise als ca. 20 bis 40 Gew.-%ige wässrige oder alkoholische (z. B. Methanol oder Butanol) Lösung eingesetzt. Andere Einsatzformen des Formaldehyds wie z. B. auch die Verwendung von para-Formaldehyd oder Trioxan sind ebenfalls möglich. Aromatische Aldehyde, wie z. B. Benzaldehyd, können in Mischung mit Formaldehyd ebenfalls enthalten sein.
Besonders bevorzugt werden als Ausgangsverbindungen für die Komponente A) carbonylhydrierte Harze aus Acetophenon, Cyclohexanon, 4-tert.-Butylcyclohexanon, 3,3,5- Trimethylcyclohexanon sowie Heptanon allein oder in Mischung und Formaldehyd eingesetzt.
Die Harze aus Keton und Aldehyd werden in Gegenwart eines Katalysators mit Wasserstoff bei Drücken von bis zu 300 bar hydriert. Dabei wird ein Teil der Carbonylgruppen des Keton- Aldehydharzes in sekundäre Hydroxygruppen umgewandelt. Je nach Wahl des Katalysators zur Hydrierung und weiterer Parameter wie z. B. Wasserstoffdruck, Lösemittel, Temperatur können auch weitere Gruppierungen wie z. B. aromatische Strukturen, die durch die Verwendung arylischer Ketone wie z. B. Acetophenon und/oder dessen Derivate im Harz enthalten sein können, hydriert werden, wobei dann cycloaliphatische Strukturen erhalten werden..
Als Komponente A) werden auch kernhydrierte Phenol-Aldehydharze des Novolaktyps unter Verwendung der Aldehyde wie z. B. Formaldehyd, Butyraldehyd oder Benzaldehyd, bevorzugt Formaldehyd, eingesetzt. Im untergeordneten Maße können nicht hydrierte Novolake verwendet werden, die dann aber geringere Lichtechtheiten besitzen.
Besonders geeignet sind kernhydrierte Harze auf Basis alkylsubstituierter Phenole. Im Allgemeinen können alle in der Literatur für Phenolharzsynthesen als geeignet genannten Phenole eingesetzt werden.
Als Beispiel für geeignete Phenole seien Phenol, 2- und 4-tert.-Butylphenol, 4-Amylphenol, Nonylphenol, 2-, und 4-tert.-Octylphenol, Dodecylphenol, Kresol, Xylenole sowie Bisphenole genannt. Sie können allein oder in Mischung verwendet werden.
Ganz besonders bevorzugt werden kernhydrierte, alkylsubstituierte Phenol-Formaldehydharze des Novolaktyps eingesetzt. Bevorzugte Phenolharze sind Umsetzungsprodukte aus Formaldehyd und 2- und 4-tert.-Butylphenol, 4-Amylphenol, Nonylphenol, 2-, und 4-tert.- Octylphenol sowie Dodecylphenol. Durch die Wahl der Hydrierbedingungen können auch die Hydroxygruppen hydriert werden, so dass cycloaliphatische Ringe entstehen. Die kernhydrierten Harze besitzen OH-Zahlen von 50 bis 450 mg KOH/g, bevorzugt 75 bis 350 mg KOH/g, besonders bevorzugt von 100 bis 300 mg KOH/g. Der Anteil an aromatischen Gruppen liegt unter 50 Gew.-%, bevorzugt unter 30 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 10 Gew.-%.
Die hydrophile Modifizierung erfolgt z. B. durch Umsetzung des hydroxyfunktionellen Harzes A) mit einem (Poly)Isocyanat und/oder Mischungen verschiedener (Poly)Isocyanate mit Verbindungen, die zusätzlich zur hydrophilen oder potentiell hydrophilen Gruppe - d. h. solche Gruppen, die erst nach Neutralisation hydrophil werden - mindestens eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähige Funktion wie z. B. Hydroxy- oder Aminogruppen aufweisen. Beispiele für derartige Verbindungen zur hydrophilen Modifizierung von (Poly)Isocyanaten sind Aminosäuren, Hydroxy sulfonsäuren, Aminosulfonsäuren sowie Hydroxy carbonsäuren. Bevorzugt wird Dimethylolpropionsäure und/oder 2-[(2-Aminoethyl)amino]-ethansulfonsäure oder deren Derivate eingesetzt (Komponente B)).
Die hydrophile Modifizierung kann außerdem mit nichtionogenen Gruppen oder bereits neutralisierten Verbindungen vorgenommen werden.
Geeignete Polyisocyanate zur Herstellung von B) sind vorzugsweise di- bis tetrafunktionelle Polyisocyanate. Beispiele hierfür sind Cyclohexandiisocyanat, Methylcyclohexandiisocyanat,
Ethylcyclohexandiisocyanat, Propylcyclohexandiisocyanat, Methyldiethylcyclohexan- diisocyanat, Phenylendiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Bis(isocyanatophenyl)methan,
Propandiisocyanat, Butandiisocyanat, Pentandiisocyanat, Hexandiisocyanat, wie
Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder l,5-Diisocyanato-2-methylpentan (MPDI), Heptandiisocyanat, Octandiisocyanat, Nonandiisocyanat, wie l,6-Diisocyanato-2,4,4- trimethylhexan oder l,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethylhexan (TMDI), Nonantriisocyanat, wie
4-Isocyanatomethyl-l,8-octandiisocyanat (TIN), Dekandi- und triisocyanat, Undekandi- und - triisocyanat, Dodecandi- und -triisocyanate, Isophorondiisocyanat (IPDI),
Bis(isocyanatomethylcyclohexyl)methan (H12MDI), Isocyanatomethylmethylcyclohexyl- isocyanat, 2,5(2,6)-Bis(isocyanato-methyl)bicyclo[2.2.1]heptan (NBDI), 1,3-
Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (1,3-H6-XDI) oder 1,4-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan
(1,4-H6-XDI) allein oder in Mischung. Eine andere bevorzugte Klasse von Polyisocyanaten sind die durch Trimerisierung, Allophanatisierung, Biuretisierung und/oder Urethanisierung der einfachen Diisocyanate hergestellten Verbindungen mit mehr als zwei Isocyanatgruppen pro Molekül, beispielsweise die Umsetzungsprodukte dieser einfachen Diisocyanate, wie beispielsweise IPDI, HDI und/oder HMDI mit mehrwertigen Alkoholen (z. B. Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit) bzw. mehrwertigen Polyaminen oder die Triisocyanurate, die durch Trimerisierung der einfachen Diisocyanate, wie beispielsweise IPDI, HDI und H12MDI, erhältlich sind.
Besonders bevorzugt ist ein hydrophil modifiziertes Polyisocyanat (B) aus Dimethylolpropionsäure und/oder 2-[(2-Aminoethyl)amino]-ethansulfonsäure oder deren Derivate und IPDI und/oder H12MDI und/oder HDI im Molverhältnis 1 : 2.
Es ist aber ebenfalls möglich, als Komponente B) Polycarbonsäuren, Polycarbonsäureanhydride, Polycarbonsäureester und/oder Polycarbonsäurehalogenide zu verwenden, wobei ein gewisser Anteil an Säuregruppen erhalten bleibt. Beispiele sind
Säure(derivate) wie z. B. Phthalsäure, Maleinsäure(anhydrid), Bernsteinsäure(anhydrid), 1,2-
Cyclohexandicarbonsäure(anhydrid) Pyromellithsäure(dianhydrid) und/oder Trimellith- säureanhydrid. Allerdings ist die Hydrolysestabilität im Vergleich zu den oben beschriebenen Hydrophilierungsmöglichkeiten geringer.
Außerdem kann eine nichtionogene Hydrophilierung z. B. über Polyether erfolgen, die z. B. mit oben genannten Polyisocyanaten und der Komponente A) umgesetzt werden können.
Als Komponente C) geeignet sind Maleinsäureanhydrid, (Meth)acrylsäurederivaten wie z. B. (Meth)acryloylchlorid, Glycidyl(meth)acrylat, (Meth)acrylsäure und/oder deren niedermolekularen Alkylestern und/oder Anhydriden allein oder in Mischung. Darüber hinaus lassen sich strahlenhärtbare Harze erhalten durch Umsetzung der Komponente A) mit B) und mit Isocyanaten, die über eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung verfügen, wie z. B. (Meth)acryloylisocyanat, α,α-Dimethyl-3-isopropenylbenzylisocyanat, (Meth)acrylalkyl- isocyanat mit Alkylspacern, die über ein bis 12, bevorzugt 2 bis 8, besonders bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatome verfügen, wie z. B. Methacrylethylisocyanat, Methacrylbutylisocyanat. Außerdem haben sich Umsetzungsprodukte aus Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, deren Alkylspacer über ein bis 12, bevorzugt 2 bis 8, besonders bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatome verfugen, und Diisocyanaten wie z. B. Cyclohexandiisocyanat, Methylcyclohexandiisocyanat, Ethylcyclohexandiisocyanat, Propylcyclohexandiisocyanat, Methyldiethylcyclohexan- diisocyanat, Phenylendiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Bis(isocyanatophenyl)methan, Propandiisocyanat, Butandiisocyanat, Pentandiisocyanat, Hexandiisocyanat, wie Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder l,5-Diisocyanato-2-methylpentan (MPDI), Heptandiisocyanat, Octandiisocyanat, Nonandiisocyanat, wie l,6-Diisocyanato-2,4,4- trimethylhexan oder l,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethylhexan (TMDI), Nonantriisocyanat, wie 4-Iso-cyanatomethyl-l,8-octandiisocyanat (TIN), Dekandi- und triisocyanat, Undekandi- und -triisocyanat, Dodecandi- und -triisocyanate, Isophorondiisocyanat (IPDI), Bis(isocyanatomethylcyclohexyl)methan (H12MDI), Isocyanatomethylmethylcyclohexyl- isocyanat, 2,5(2,6)-Bis(isocyanato-methyl)bicyclo[2.2.1]heptan (NBDI), 1,3-Bis(isocyanato- methyl)cyclohexan (1,3-H6-XDI) oder 1,4-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (1,4-H6-XDI) allein oder in Mischung als vorteilhaft erwiesen. Als Beispiele seien die Umsetzungsprodukte im molaren Verhältnis von 1:1 von Hydroxyethylacrylat und/oder Hydroxyethylmethacrylat mit Isophorondiisocyanat und/oder H12MDI und/oder HDI genannt.
Eine andere bevorzugte Klasse von Polyisocyanaten sind die durch Trimerisierung, Allophanatisierung, Biuretisierung und/oder Urethanisierung der einfachen Diisocyanate hergestellten Verbindungen mit mehr als zwei Isocyanatgruppen pro Molekül, beispielsweise die Umsetzungsprodukte dieser einfachen Diisocyanate, wie beispielsweise IPDI, HDI und/oder HMDI mit mehrwertigen Alkoholen (z. B. Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit) bzw. mehrwertigen Polyaminen oder die Triisocyanurate, die durch Trimerisierung der einfachen Diisocyanate, wie beispielsweise IPDI, HDI und H12MDI, erhältlich sind.
Es ist auch möglich, einen Teil der Komponente A) durch weitere hydroxyfunktionelle Polymere wie z. B. hydroxyfunktionelle Polyether, Polyester, Polyurethane und/oder Polyacrylate zu ersetzen. Dabei können direkt Mischungen dieser Polymere mit der Komponenten A) polymeranalog mit den Komponenten B) und C) umgesetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass zunächst auch Addukte von A) mit z. B. hydroxyfunktionellen Polyethern, Polyestern, Polyurethanen und/oder Polyacrylaten unter Verwendung der genannten Di- und/oder Triisocyanate hergestellt werden können, die dann erst mit den Komponenten B) und C) polymeranalog umgesetzt werden. Im Gegensatz zu den „reinen" erfindungsgemäßen Harzen lassen sich hierdurch Eigenschaften, wie z. B. Flexibilität, Härte noch besser einstellen. Die weiteren hydroxyfunktionellen Polymere besitzen in der Regel Molekulargewichte Mn zwischen 200 und 10 000 g/mol, bevorzugt zwischen 300 und 5 000 g/mol.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von wässrigen, strahlenhärtbaren Harzdispersionen, erhalten durch polymeranaloge Umsetzung von
A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierten Folgeprodukten, und
B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer hydrophilen und/oder potentiell hydrophilen Gruppe, und
C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung mit gleichzeitig mindestens einer gegenüber A) und/oder B) reaktive
Gruppierung aufweist und anschließende Vermengung des gegebenenfalls neutralisierten Harzes mit Wasser.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Harze erfolgt in der Schmelze oder in Lösung eines geeigneten, organischen Lösemittels, das - falls erwünscht - nach der Herstellung destillativ abgetrennt werden kann.
Als geeignete Hilfslösemittel werden niedrigsiedende inerte Lösemittel eingesetzt, die mit Wasser zumindest über weite Bereiche keine Mischungslücke bilden, einen Siedepunkt bei Atmosphärendruck unterhalb 100 °C besitzen und sich daher gewünschtenfalls durch Destillation leicht bis auf einen Restgehalt von kleiner 2 Gew.-% und insbesondere von kleiner 0,5 Gew.-% bezogen auf die fertige Dispersion oder wässrige Lösung abtrennen und wiederverwenden lassen. Geeignete Lösemittel dieser Art sind z. B. Aceton, Methylethylketon oder Tetrahydroiuran. Grundsätzlich geeignet sind auch höhersiedende Lösemittel wie z. B. n-Butylglykol, Di-n-butylglykol und N-Methylpyrrolidon, die dann in der Dispersion verbleiben. Ggf. können Reaktiwerdünner eingesetzt werden, d. h. Verbindungen, die eine relativ geringe Viskosität besitzen und gleichzeitig durch Strahlung initierte Vernetzungsreaktionen eingehen können. Diese Verbindungen verbleiben ebenfalls in der späteren wässrigen Dispersion.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zu einer Lösung oder Schmelze der hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd-, Phenolharze oder deren hydrierten Folgeprodukte A) die Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung und gleichzeitig mindestens eine gegenüber A) oder/und B) reaktive Gruppierung aufweist (Komponente C)), gegebenenfalls in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators, zugegeben.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, 1 mol der Komponente A) - bezogen auf Mn- mit 0,5 bis 15 mol, bevorzugt 1 bis 10 mol, besonders 2 bis 8 mol der ungesättigten Verbindung (Komponente C) zur Reaktion zu bringen.
Parallel dazu kann die Komponente B) z. B. ein Addukt aus 2 mol Diisocyanat und 1 mol Dimethylolpropionsäure und/oder 2-[(2-Aminoethyl)amino]-ethansulfonsäure oder deren Derivate gegebenenfalls unter Verwendung eines geeigneten Lösemittels und eines geeigneten Katalysators hergestellt werden.
Die separat hergestellten Produkte werden vereinigt und zur Reaktion gebracht.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, 1 mol des Umsetzungsproduktes aus Komponente A) und C) - bezogen auf Mn - mit 0,25 bis 1,5 mol, besonders bevorzugt 0,5 bis 1 mol mit der Komponente B) zur Reaktion zu bringen.
Je nach Reaktivität der Komponenten zueinander wird die Temperatur der Umsetzung gewählt. Es haben sich bei allen Reaktionsschritten Temperaturen zwischen 30 und 245 °C, bevorzugt zwischen 50 und 140 °C bewährt.
Gegebenenfalls kann ein geeigneter Katalysator zur Herstellung der erfindungsgemäßen Harze eingesetzt werden. Geeignet sind alle in der Literatur bekannten Verbindungen, die eine OH- NCO-Reaktion beschleunigen, wie z. B. Diazabicyclooctan (DABCO) und/oder Metallverbindungen wie z. B. Dibutylzinndilaurat (DBTL). Gegebenenfalls kann die Reaktion durch Zugabe eines Amins oder Alkohols gestoppt werden. Je nach Art dieser Komponente lassen sich weitere Eigenschaften wie z. B. die Verträglichkeit zu anderen Rohstoffen, z. B. Pigmenten, variieren.
Falls notwendig kann zunächst mit einem geeigneten Neutralisationsmittel neutralisiert werden und dann das neutralisierte Umsetzungsprodukt in Wasser dispergiert werden. Alternativ kann direkt in einem Wasser/Neutralisationsmittel-Gemisch dispergiert werden. Es werden dabei wasserverdünnbare, wasserdispergierbare oder wasserlösliche Produkte erhalten.
Die Neutralisation der potentiell hydrophilen Gruppen der erfindungsgemäß hergestellten Harze kann mit anorganischen und/oder organischen Basen erfolgen, wie z. B. Ammoniak oder organischen Aminen. Bevorzugt verwendet werden primäre, sekundäre und/oder tertiäre Amine, wie z. B. Ethylamin, Propylamin, Dimethylamin, Dibutylamin, Cyclohexylamin, Benzylamin, Morpholin, Piperidin und Triethanolamin. Besonders bevorzugt werden flüchtige, tertiäre Amine, insbesondere Dimethylethanolamin, Diethylethanolamin, 2-Dimethylamino-2- methyl-1-propanol, Triethylamin, Tripropylamin und Tributylamin im Falle von anionischen potentiellen Gruppen. Sogenannte kationische potentielle ionogene Gruppen lassen sich mit anorganischen und/oder organischen Säuren neutralisieren, wie z. B. Essigsäure, Ameisensäure, Phosphorsäure, Salzsäure, etc.
Der Neutralisationsgrad richtet sich nach dem Gehalt neutralisierbarer Gruppen im hydrophil modifizierten Harz und beträgt vorzugsweise 50 bis 130 % der Neutralisationsmenge, die für eine stöchiometrische Neutralisation notwendig ist.
Vor der Dispergierung kann das Umsetzungsprodukt aus A), B) und C) ggf. mit weiteren hydrophil eingestellten und/oder nicht hydrophil eingestellten Harzen und/oder weiteren Komponenten kombiniert und dann gemeinsam dispergiert werden, beispielsweise mit acrylierten Polyestern, Polyacrylaten, Polyesterurethanen, Epoxyacrylaten und/oder Polyetheracrylaten sowie Alkydharzen, Keton-Formaldehydharzen, Ketonharzen und/oder ungesättigten Polyestern. Das gegebenenfalls enthaltene Lösemittel kann falls gewünscht nach beendeter Reaktion abgetrennt werden, wobei dann in der Regel eine Lösung bis Dispersion des erfindungsgemäßen Produktes in Wasser erhalten wird.
Die erfindungsgemäßen, wässrigen Dispersionen eignen sich als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und Dämmstoffen, da sie sich durch schnelle Antrocknungs- und Durchtrocknungsgeschwindigkeiten, hohe Blockfestigkeiten aufgrund ihrer hohen Glasübergangstemperatur sowie durch sehr gute Pigmentbenetzungseigenschaften auch bei schwer zu benetzender organischer Pigmente auszeichnen.
In Gegenwart geeigneter Photoinitiatoren, gegebenenfalls in Anwesenheit geeigneter Photosensibilisatoren lassen sich nach Abdampfen des Wassers diese Harze durch Bestrahlung in polymere, unlösliche Netzwerke überführen, die, je nach Gehalt ethylenisch ungesättigter Gruppen, Elastomere bis Duroplaste ergeben.
Insbesondere werden sie verwendet - als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und Dämmstoffen;
- als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Spachtelmassen, Primern, Füllern, Basis-, Deck- und Klarlacken;
- für die Beschichtung von Metallen, Holz, Holzfunieren, Holzlaminaten, Kunststoffen, Papier, Pappe, Karton, anorganischen Stoffen wie z. B. Keramik, Stein, Beton und/oder Glas, Textilien, Fasern, Gewebematerialien, Leder;
- als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren,
Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und Dämmstoffen, wobei weitere Oligomere und/oder Polymere ausgewählt aus der Gruppe der Polyurethane, Polyester, Polyacrylate, Polyether, Polyolefine, Naturharze, Epoxidharze, Silikonöle und -harze, Aminharze, fluorhaltigen Polymere und ihre Derivate allein oder in Kombination enthalten sind;
- als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und
Dämmstoffen, wobei Hilfs- und Zusatzstoffe ausgewählt aus Inhibitoren, organischen Lösemitteln, die gegebenenfalls ungesättigte Gruppierungen enthalten, grenzflächenaktiven Substanzen, Sauerstoff- und/oder Radikalfängern, Katalysatoren, Lichtschutzmitteln, Farbaufhellern, Photosensibilisatoren und -initiatoren, Additive zur Beeinflussung Theologischer Eigenschaften wie z. B. Thixotropiermitteln und/oder Eindickungsmitteln,
Verlaufmitteln, Hautverhinderungsmitteln, Entschäumern, Weichmachern, Antistatika, Gleitmitteln, Netz- und Dispergiermitteln, Konservierungsmitteln wie z. B. auch Fungiziden und/oder Bioziden, thermoplastischen Additiven, Farbstoffen, Pigmenten, Mattierungsmitteln, Brandschutzausrüstungen, internen Trennmitteln, Füllstoffen und/oder Treibmitteln.
Gegenstand sind auch die beschichteten Gegenstände, die mit Zusammensetzungen, die die erfindungsgemäßen Dispersionen enthalten, hergestellt wurden.
Das folgende Beispiel soll die gemachte Erfindung weiter erläutern aber nicht ihren Anwendungsbereich beschränken:
1) Herstellung eines hydrophil modifizierten Polyisocyanates (Komponente B)):
Zu einer Mischung aus 134 g Dimethylolpropionsäure, 380 g Aceton und 6 g einer 10 Masse-%igen Lösung von Dibutylzinndilaurat in Aceton werden unter Rühren 444 g Isophorondiisocyanat so zugegeben, dass die exotherme Reaktion gut beherrschbar bleibt. Es wird auf 60 °C geheizt und diese Temperatur bis zu einer NCO-Zahl von 9,2 % gehalten. Sodann wird auf Raumtemperatur gekühlt.
2) Umsetzung eines Harzes A) mit der ungesättigten Verbindung C):
1267 g eines carbonylgruppenhydrierten Acetophenon-Formaldehydharzes (Kunstharz SK, Degussa AG) werden in 1450 g Aceton gelöst und es werden 2,2 g Dibutylzinndilaurat zugesetzt. Dann werden 919 g eines Umsetzungsproduktes aus IPDI und Hydroxyethylacrylat im Verhältnis 1:1 in Anwesenheit von 0,2 % (auf Harz) 2,6-Bis(tert-butyl)-4-methylphenol (Ralox BHT, Degussa AG) zugegeben. Es wird solange bei 60 °C unter Rühren gehalten, bis eine NCO-Zahl unter 0,2 % erreicht wird.
3) Umsetzung Addukte aus 1) und 2):
Die beiden Lösungen aus 1) und 2) werden vereinigt und solange bei 60 °C gehalten, bis eine NCO-Zahl unter 0,3 % erreicht wird.
4) Überführung in die wässerige Phase:
250 g des Adduktes aus Stufe 3) werden bei 30 °C mit 4,7 g Dimethylaminoethanol versetzt und anschließend unter starkem Rühren (12 m/s Umfangsgeschwindigkeit) mit 361 g demineralisiertem Wasser dispergiert. Nach etwa 10 Minuten werden unter mäßigem Rühren 4,6 g Darocur 1173 zugegeben und bei erhöhter Temperatur und unter leichtem Vakuum das Aceton aus der Mischung entfernt.
Man erhält eine lagerstabile leicht trübe Dispersion mit einem pH-Wert von 8,8, einem Feststoffanteil von 32 % und einer Viskosität von etwa 300 mPas.
Die Dispersion wird mit einer Polyurethandispersion im Verhältnis 1:1 versehen, auf eine Glasplatte bzw. ein Bonderblech aufgetragen und das Lösemittel bei erhöhter Temperatur (30 min, 80 °C) verdampft. Anschließend werden die Filme mittels UV-Licht (Quecksilber- Mitteldruck-Lampe, 7O W / optischer Filter 350 nm) ca. 12 sec. lang ausgehärtet.
Die Filme sind beständig gegenüber Superbenzin und Methylethylketon. Haftung auf Stahlblech (DIN 53151) : 0 Buchholz-Eindruckhärte (DIN 53153): 83 Erichsentiefung (DIN 53156): > 9,5 mm Pendelhärte nach König (DIN 53157): 123 s

Claims

Patentansprüche:
1. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen, im Wesentlichen enthaltend das
Umsetzungsprodukt aus A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton- Aldehyd-, Harnstoff-
Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierte Folgeprodukte, und
B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer hydrophilen und/oder potentiell hydrophilen Gruppe, und
C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung mit gleichzeitig mindestens eine gegenüber A) und/oder B) reaktive Gruppierung aufweist.
2. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen, erhalten durch polymeranaloge Umsetzung von
A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton- Aldehyd-, Harnstoff- Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierten Folgeprodukte, und B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer hydrophilen und/oder potentiell hydrophilen Gruppe, und
C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung mit gleichzeitig mindestens einer gegenüber A) und/oder B) reaktiven Gruppierung aufweist, und anschließende Vermengung des gegebenenfalls neutralisierten Harzes mit Wasser.
3. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach Anspruch 2, erhalten durch polymeranaloge Umsetzung von A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton- Aldehyd-, Harnstoff-
Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierten Folgeprodukte; und B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer hydrophilen und/oder potentiell hydrophilen Gruppe und
C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung mit gleichzeitig mindestens einer gegenüber A) und/oder B) reaktiven
Gruppierung aufweist,
wobei Komponente A) zunächst polymeranalog mit Komponente C) und dann mit Komponente B) umgesetzt wird und anschließend die Vermengung des gegebenenfalls neutralisierten Harzes mit Wasser erfolgt.
4. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach einem der vorherigen Ansprüche, im Wesentlichen enthaltend
A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton- Aldehyd-, Harnstoff- Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierten Folgeprodukte, und
B) mindestens eine Verbindung mit mindestens einer hydrophilen oder potentiell hydrophilen Gruppe, und C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte
Gruppierung mit gleichzeitig mindestens einer gegenüber A) und/oder B) reaktive Gruppierung aufweist, und mindestens ein weiteres hydroxyfunktionalisiertes Polymer.
5. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass C-H-acide Ketone in der Komponente A) eingesetzt werden.
6. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Keton-Aldehydharzen und/oder den carbonylhydrierten Keton-Aldehydharzen der Komponente A), Ketone ausgewählt aus Aceton, Acetophenon, Methylethylketon, Heptanon-2, Pentanon-3, Methylisobutylketon, Cyclopentanon, Cyclododecanon, Mischungen aus 2,2,4- und 2,4,4-Trimethylcyclopentanon, Cycloheptanon, Cyclooctanon, Cyclohexanon als Ausgangsverbindungen allein oder in Mischungen eingesetzt werden.
7. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Keton-Aldehydharzen und/oder den carbonylhydrierten Keton-Aldehydharzen der Komponente A) alkylsubstituierte Cyclohexanone mit einem oder mehreren Alkylresten, die insgesamt 1 bis 8 Kohlenstoffatome aufweisen, einzeln oder in Mischung eingesetzt werden.
8. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass 4-tert.-Amylcyclohexanon, 2-sek.-Butylcyclohexanon, 2-tert.-Butylcyclohexanon, 4- tert.-Butylcyclohexanon, 2-Methylcyclohexanon und 3,3,5-Trimethylcyclohexanon eingesetzt werden.
9. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Keton-Aldehydharzen und/oder den carbonylhydrierten Keton-Aldehydharzen der Komponente A) Cyclohexanon, 4-tert.-Butylcyclohexanon, 3,3,5-
Trimethylcyclohexanon und Heptanon allein oder in Mischung eingesetzt werden.
10. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aldehyd-Komponente der Keton-Aldehydharze und/oder der carbonylhydrierten Keton-Aldehydharze in Komponente A) Formaldehyd, Acetaldehyd, n-Butyraldehyd und/oder iso-Butyraldehyd, Valerianaldehyd, Dodecanal allein oder in Mischungen eingesetzt werden.
11. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Formaldehyd und/oder para-Formaldehyd und/oder Trioxan eingesetzt werden.
12. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hydrierungsprodukte der Harze aus Acetophenon, Cyclohexanon, 4-tert.- Butylcyclohexanon, 3,3,5-Trimethylcyclohexanon, Heptanon allein oder in Mischung und Formaldehyd als Komponente A) eingesetzt werden.
13. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den kernhydrierten Phenol-Aldehydharzen der Komponente A) die Aldehyde, Formaldehyd, Butyraldehyd und/oder Benzaldehyd eingesetzt werden.
14. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nicht hydrierte Phenol- Aldehydharze im untergeordneten Maße eingesetzt werden.
15. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Komponente A) kernhydrierte Harze auf Basis alkylsubstituierter Phenole eingesetzt werden.
16. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass 4-tert.-Butylphenol, 4-Amylphenol, Nonylphenol, tert.-Octylphenol, Dodecylphenol, Kresol, Xylenole sowie Bisphenole allein oder in Mischungen eingesetzt werden.
17. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente A) Harnstoff-Aldehydharze, hergestellt durch Umsetzung eines Harnstoffes der allgemeinen Formel (i)
in der X Sauerstoff oder Schwefel, A einen Alkylenrest bedeuten und n für 0 bis 3 steht, mit
1,9 (n + 1) bis 2,2 (n + 1) mol eines Aldehyds der allgemeinen Formel (ii)
in der R1 und R2 für Kohlenwasserstoffreste mit jeweils bis zu 20 Kohlenstoffatomen stehen und/oder mit
Formaldehyd, eingesetzt werden.
18. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente A) Harnstoff-Aldehydharze hergestellt unter Verwendung von Harnstoff und Thioharnstoff, Methylendiharnstoff, Ethylendiharnstoff, Tetramethylendiharnstoff und/oder Hexamethylendiharnstoff oder deren Gemische eingesetzt werden.
19. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente A) Harnstoff-Aldehydharze hergestellt unter Verwendung von Isobutyraldehyd, Formaldehyd, 2-Methylpentanal, 2-Ethylhexanal und 2-Phenylpropanal oder deren Gemische eingesetzt werden.
20. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente A) Harnstoff-Aldehydharze hergestellt unter Verwendung von Harnstoff, Isobutyraldehyd und Formaldehyd eingesetzt werden.
21. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente B) eine Di- und/oder Polycarbonsäure ist oder hergestellt wird durch
Umsetzung von tert.-Aminoalkoholen, Aminocarbonsäuren, Hydroxysulfonsäuren, Aminosulfonsäuren und/oder Hydroxycarbonsäuren und/oder Polyethern mit di- bis tetrafünktionelle Isocyanaten.
22. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente B) hergestellt wird durch Umsetzung von Dimethylolpropionsäure und/oder 2-[(2-Aminoethyl)amino]-ethansulfonsäure oder deren Derivaten wie z. B. dem Natriumsalz der 2-[2-Aminoethyl)amino]-ethansulfonsäure und/oder Polyethern mit einem
Molekulargewichtsbereich zwischen 300 und 5000 g-mol"1 mit IPDI, HDI, TMDI und/oder
Hi2MDI.
23. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente C) Maleinsäure eingesetzt wird.
24. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente C) (Meth)acrylsäure und/oder Derivate eingesetzt werden.
25. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente C) (Meth)acryloylchlorid, Glycidyl(meth)acrylat, (Meth)acrylsäure und/oder deren niedermolekularen Alkylester und/oder Anhydriden allein oder in
Mischung eingesetzt werden.
26. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente C) Isocyanate, die über eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung verfugen, bevorzugt (Meth)acryloylisocyanat, α,α-Dimethyl-3-isopropenyl- benzylisocyanat, (Meth)acrylalkylisocyanat mit Alkylspacern, die über 1 bis 12, bevorzugt 2 bis 8, besonders bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatome verfugen, bevorzugt Methacrylethylisocyanat, Methacrylbutylisocyanat, eingesetzt werden.
27. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente C) Umsetzungsprodukte aus Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, deren
Alkylspacer über 1 bis 12, bevorzugt 2 bis 8, besonders bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatome verfugen, mit Diisocyanaten eingesetzt werden.
28. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aliphatische und/oder cycloaliphatische Diisocyanate eingesetzt werden.
29. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Polyisocyanate hergestellt durch Trimerisierung, Allophanatisierung, Biuretisierung und/oder Urethanisierung einfacher Diisocyanate zur Herstellung der Komponenete C) eingesetzt werden.
30. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente C) die Umsetzungsprodukte im molaren Verhältnis von 1 : 1 von
Hydroxyethylacrylat und/oder Hydroxyethylmethacrylat mit Isophorondiisocyanat und/oder H12MDI und/oder HDI und/oder TMDI eingesetzt werden.
31. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 1 mol der Komponente A), bezogen auf Mn, und 0,5 bis 15 mol, bevorzugt 1 bis 10 mol, besonders 2 bis 8 mol der ungesättigten Verbindung C) eingesetzt werden und dass 1 mol des Umsetzungsproduktes aus Komponente A) und C) - bezogen auf Mn - mit 0,25 bis 1,5 mol, besonders bevorzugt 0,5 bis 1 mol mit der Komponente B) zur Reaktion gebracht wird.
32. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch a) einen Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen von 20 % bis 60 % b) einen Gehalt an organischen Lösemitteln von 0 bis 20 Gew.-% c) einen pH- Wert zwischen 5,0 und 9,5 d) eine Viskosität bei 20°C von 20 bis 5000 mPas.
33. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der eventuell vorhandenen potentiell ionischen Gruppen des Harzes neutralisiert ist.
34. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Art der potentiell ionischen Gruppe zur Neutralisation ein Amin, eine Säure und/oder eine anorganische Lauge verwendet wird.
35. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutralisationsgrad zwischen 0,5 und 1,3, bevorzugt zwischen 0,5 und 1,1, besonders bevorzugt zwischen 0,6 und 1,0 liegt.
36. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das Polyurethane, Polyester, Polyacrylate, Polyether, Polyolefine, Naturharze, Epoxidharze, Silikonöle und -harze, Aminharze, fluorhaltige Polymere und ihre Derivate allein oder in Kombination als weitere hydroxyfunktionalisierte Polymere eingesetzt werden.
37. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei Mischungen der weiteren Polymere mit den hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd-, Phenolharzen und/oder deren hydrierten Folgeprodukten polymeranalog mit den Komponenten B) und C) umgesetzt werden.
38. Wässrige, strahlenhärtbare Harzdispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei zunächst Addukte aus den hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton-Aldehyd-, Harnstoff-Aldehyd-, Phenolharzen oder deren hydrierten Folgeprodukten mit den weiteren Polymeren unter Verwendung geeigneter Di- und/oder Triisocyanaten hergestellt werden, die erst dann mit den Komponenten B) und C) polymeranalog umgesetzt werden.
39. Verfahren zur Herstellung von wässrigen, strahlenhärtbaren Harzdispersionen, erhalten durch polymeranaloge Umsetzung von
A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton- Aldehyd-, Harnstoff- Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierten Folgeprodukten und
B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer hydrophilen oder potentiell hydrophilen Gruppe und
C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppierung mit gleichzeitig mindestens einer gegenüber A) und/oder B) reaktive Gruppierung aufweist und anschließende Vermengung des gegebenenfalls neutralisierten Harzes mit Wasser.
40. Verfahren zur Herstellung von wässrigen, strahlenhärtbaren Harzdispersionen, erhalten durch polymeranaloge Umsetzung von
A) mindestens einem hydroxygruppenhaltigen Keton-, Keton- Aldehyd-, Harnstoff- Aldehyd-, Phenolharz oder deren hydrierten Folgeprodukten und
B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer hydrophilen oder potentiell hydrophilen Gruppe und C) mindestens einer Verbindung, welche mindestens eine ethylenisch ungesättigte
Gruppierung mit gleichzeitig mindestens einer gegenüber A) und/oder B) reaktive Gruppierung aufweist und mindestens einem weiteren hydroxyfunktionalisierten Polymer und anschließende Vermengung des gegebenenfalls neutralisierten Harzes mit Wasser.
41. Verfahren nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass ein Katalysator eingesetzt wird.
42. Verfahren nach Anspruch 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schmelze oder in einem Lösemittel, das auch über ungesättigte Gruppierungen verfugen kann, umgesetzt wird.
43. Verfahren nach Anspruch 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das gegebenenfalls verwendete Lösemittel nach beendeter Reaktion abgetrennt werden kann.
44. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 38 eingesetzt werden.
45. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Lösung oder Schmelze der Komponente A) die Verbindung C), gegebenenfalls in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators, zugegeben wird und dann die Zugabe der
Komponente B) erfolgt.
46. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Lösung oder Schmelze der Komponente A) und dem hydroxyfunktionellen Polymer die Verbindung C), gegebenenfalls in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators, zugegeben wird und dann die Zugabe der Komponente B) erfolgt.
47. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Lösung oder Schmelze der Komponente A) und dem hydroxyfunktionellen Polymer ein di- und/oder trifunktionelles Isocyanat gegeben und ein hydroxyfunktionelles
Präaddukt hergestellt wird und anschließend die Verbindung C), gegebenenfalls in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators zugegeben wird und dann die Zugabe der Komponente B) erfolgt.
48. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass bei Temperaturen zwischen 30 und 245 °C, bevorzugt zwischen 50 und 140 °C, umgesetzt wird.
49. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass Polyether, Polyester, Polyurethane und/oder Polyacrylate als hydroxyfunktionalisierte Polymere eingesetzt werden.
50. Verwendung von wässrigen, strahlenhärtbaren Dispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und
Dämmstoffen.
51. Verwendung von wässrigen, strahlenhärtbaren Dispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen
Strahlungshärtenden Spachtelmassen, Primern, Füllern, Basis-, Deck- und Klarlacken.
52. Verwendung von wässrigen, strahlenhärtbaren Dispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche für die Beschichtung von Metallen, Holz, Holzfunieren, Holzlaminaten, Kunststoffen,
Papier, Pappe, Karton, anorganischen Stoffen wie z. B. Keramik, Stein, Beton und/oder Glas, Textilien, Fasern, Gewebematerialien, Leder.
53. Verwendung von wässrigen, strahlenhärtbaren Dispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und Dämmstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Oligomere und/oder Polymere enthalten sind.
54. Verwendung von wässrigen, strahlenhärtbaren Dispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und
Dämmstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Oligomere und/oder Polymere ausgewählt aus der Gruppe der Polyurethane, Polyester, Polyether, Polyacrylate, Naturharze, Alkydharze, Celluloseether, Derivate der Cellulose, Polyvinylalkohole und
Derivate, Polyolefine, Kautschuke, Maleinatharze, Phenol-/Harnstoff-Aldehydharze, Aminoplaste (z. B. Melamin-, Benzoguanaminharze), Epoxyacrylate, Epoxidharze, Kieselsäureester und Alkalisilikate (z. B. Wasserglas), Silikonöle und -harze, Aminharze, fluorhaltige Polymere und ihre Derivate allein oder in Kombination enthalten sind.
55. Verwendung von wässrigen, strahlenhärtbaren Dispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in wässrigen Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und
Dämmstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten sind.
56. Verwendung von wässrigen, strahlenhärtbaren Dispersionen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Hauptkomponente, Basiskomponente oder Zusatzkomponente in Strahlungshärtenden Beschichtungsstoffen, Klebstoffen, Druckfarben und Tinten, Polituren, Lasuren, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Pigmentpasten, Spachtelmassen, Kosmetikartikeln und/oder Dicht- und Dämmstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfs- und Zusatzstoffe allein oder in Mischung verwendet werden, ausgewählt aus der Gruppe der Inhibitoren, organischen Lösemitteln, die gegebenenfalls ungesättigte Gruppierungen enthalten, grenzflächenaktiven Substanzen, Sauerstoff- und/oder
Radikalfängern, Katalysatoren, Lichtschutzmitteln, Farbaufhellern, Photosensibilisatoren und -initiatoren, Additive zur Beeinflussung Theologischer Eigenschaften wie z. B. Thixotropiermitteln und/oder Eindickungsmitteln, Verlaufmitteln,
Hautverhinderungsmitteln, Entschäumern, Weichmachern, Antistatika, Gleitmitteln, Netz- und Dispergiermitteln, Konservierungsmitteln wie z. B. auch Fungiziden und/oder
Bioziden, thermoplastischen Additiven, Farbstoffen, Pigmenten, Mattierungsmitteln, Brandschutzausrüstungen, internen Trennmitteln, Füllstoffen und/oder Treibmitteln.
57. Beschichtete Gegenstände, hergestellt mit einer Zusammensetzung, enthaltend eine wässrige, strahlenhärtbare Dispersion nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche.
EP05777794A 2004-10-19 2005-08-23 Wässrige, strahlenhärtbare harze, ein verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung Withdrawn EP1805242A1 (de)

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