ES2212007T3 - Dispersiones acuosas estabilizadas de poliuretanos con grupos etilenicamente insaturados. - Google Patents
Dispersiones acuosas estabilizadas de poliuretanos con grupos etilenicamente insaturados.Info
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Abstract
DISPERSIONES ACUOSAS DE COMPUESTOS CON GRUPOS COPOLIMERIZABLES Y ETILENICAMENTE NO SATURADOS, QUE INCLUYEN UN ESTABILIZADOR QUE CONTIENE AL MENOS UN GRUPO PIPERIDIN - N - OXILO TETRASUSTITUIDO EN LA POSICION 2,2,6,6 POR UN GRUPO HIDROCARBURO C{SUB,1} C{SUB,6}.
Description
Dispersiones acuosas estabilizadas de
poliuretanos con grupos etilénicamente insaturados.
La invención se refiere a dispersiones acuosas de
poliuretanos con grupos etilénicamente insaturados y
copolimerizables, conteniendo un estabilizador, que contiene al
menos un grupo piperidin-N-oxilo,
brevemente denominado N-oxilo, en posición 2,2,6,6
tetrasubstituido por un grupo hidrocarburo con 1 a 6 átomos de
carbono.
Los acrilatos de poliuretano endurecibles por
irradiación se protegen contra una formación de radicales indeseada
o bien contra reacciones de reticulación por medio de radicales por
atrapadores de radicales o también por agentes para la
descomposición de hidroperóxido. Tienen que citarse, por ejemplo,
2,6-di-terc.-butil-para-cresol
o también parametoxifenol y particularmente fenotiazina.
Adicionalmente entran en consideración todavía sales cúpricas, o
bien fosfitos y fosfonitos. Ocasionalmente se emplean también
tioéteres. Radicales de alquilo capaces de polimerización se recogen
también por la transmisión de protones y se hacen no dañinos por la
formación de un radical más estable. Las combinaciones de
estabilizantes de este tipo se describen, por ejemplo, por las
EP-A-0449912 o
EP-A-0449913.
En las dispersiones acuosas de poliuretanos
endurecibles por irradiación, es decir poliuretanos con grupos
etilénicamente insaturados, se llega en un tiempo de almacenaje más
prolongado a aumentos de las partículas y a la formación de un
depósito en el fondo no dispersable otra vez.
Incluso en la adición de los estabilizantes
anteriormente citados a las dispersiones acuosas no se consigue
ninguna suficiente estabilidad durante mucho tiempo, es decir se
produce otra vez una aumento claro de las partículas y la formación
de un depósito en el fondo.
Por la solicitud de patente SU 478 838 se conoce
el empleo del anterior compuesto III como inhibidor en la
polimerización térmica por medio de radicales. Los
N-oxilos se conocen, por ejemplo, también por las
US-A-4 665 185 y
DE-A-42 19 459.
El objeto de la invención consistía, por
consiguiente, en obtener dispersiones acuosas de poliuretanos con
grupos etilénicamente insaturados y copolimerizables, que son
estables durante mucho tiempo, es decir en las cuales no se produce
o tan solo muy lentamente un aumento de partículas polímeras
dispersadas y una formación de un depósito de fondo.
Por consiguiente se encontraron las dispersiones
acuosas inicialmente definidas.
En los poliuretanos, que están dispersadas en las
dispersiones, se trata particularmente de (met)acrilatos de
poliuretano.
Los poliuretanos pueden estar presentes mediante
emulsionantes o coloides protectores dispersados en la fase
acuosa.
Preferentemente se trata, sin embargo, de
poliuretanos, que ellos mismos son dispersables, es decir que son
dispersables en agua por un contenido de grupos hidrófilos
químicamente enlazados, que pueden ser iónicos o
no-iónicos.
Los grupos no-iónicos son, por
ejemplo, grupos óxido de polialquileno, particularmente grupos óxido
de polietileno o de polipropileno.
Los grupos iónicos son, por ejemplo, grupos ácido
carboxílico, ácido sulfónico i amino terciarios, que se transforman
en la o antes de la dispersión en agua en su forma salina.
Los poliuretanos contienen grupos
copolimerizables y etilénicamente insaturados.
Su contenido asciende preferentemente 0,005 hasta
0,5 mol, preferentemente 0,05 hasta 0,4 mol por 100 g de
polímero.
los componentes de los (met)acrilatos de
poliuretano son, por ejemplo:
a) poliisocianatos, particularmente
diisocianatos,
b) polioles, particularmente dioles, con un peso
molecular mayor de 500 hasta 10,000 g/mol,
c) compuestos de cadenas cortas con un peso
molecular menor de 500 g/mol y con al menos 2 grupos reactivos
frente a isocianato (prolongadores de cadenas),
d) compuestos con al menos un grupo reactivo
frente a isocianato, que contienen un grupo hidrófilo, no iónico o
preferentemente iónico para garantizar la capacidad de dispersión en
agua, y
\newpage
e) compuestos con al menos un grupo reactivo
frente a isocianato y un grupo etilénicamente insaturado (por
ejemplo (met)acrilatos de hidroxialquilo).
Grupos reactivos frente a isocianato son
particularmente grupos hidroxilo y grupos amino primarios o
secundarios.
Las dispersiones según la invención contienen el
estabilizante anterior. El estabilizante puede agregarse a las
dispersiones posteriormente. Preferentemente se agrega, sin embargo,
ya en o bien antes de la obtención de los poliuretanos a los
componentes de partida.
Las dispersiones contienen preferentemente un
0,001 hasta un 0,5% en peso, particularmente preferente un 0,002
hasta un 0,1% en peso y muy particularmente preferente un 0,004
hasta un 0,05% del estabilizante, referido a los poliuretanos.
Preferentemente contiene el estabilizante de 1
hasta 12, particularmente preferente de 1 hasta 4 de los grupos
N-oxilo anteriormente definidos. El peso molecular
del estabilizante se sitúa preferentemente inferior a 3000 y
particularmente preferente inferior a 800 g/mol.
los compuestos nitroxilo descritos pueden
obtenerse a partir de los compuestos de piridina correspondientes
mediante oxidación, por ejemplo, con peróxido de hidrógeno. Los
detalles referente a esta oxidación se citan, por ejemplo, en la
solicitud de patente alemana más antigua DE-A1 195
101 84. Se conocen generalmente los compuestos de piperidina y su
obtención. Como transcurren las reacciones de oxidación no siempre
por completo, pueden contenerse también los compuestos de
piperidina, que sirven como compuestos de partida, así como etapas
intermedias parcialmente oxidados en las dispersiones acuosas según
la invención.
Preferentemente se trata de un estabilizante de
la fórmula general
en la
cual
m puede significar un número entero de 1 a
100,
R^{1}, R^{2} pueden significar alquilo con 1
a 4 átomos de carbono, fenilo o conjuntamente con el átomo de
carbono con el cual están enlazados un anillo de hidrocarburo
saturado de 5 a 6 miembros,
R^{3} puede significar hidrógeno, un grupo
hidroxilo, un grupo amino primario o un resto orgánico
m-valente enlazado a través de oxigeno o
nitrógeno,
R^{4} puede significar hidrógeno, un grupo
alquilo con 1 a 12 átomos de carbono o un grupo alcoxi con 1 a 12
átomos de carbono,
o
m significa 1, y
R^{3} y R^{4} significan conjuntamente un
grupo ceto (=0), o
R^{3} y R^{4} forman conjuntamente con el
átomo de carbono, con el cual están enlazados, una estructura anular
de la fórmula II
o de la fórmula
III
o de la fórmula
IV
en las
cuales
R^{5} significa hidrógeno, alquilo con 1 a 12
átomos de carbono o
-(CH_{2})_{n}-COOR^{8},
R^{6}, R^{7}, R^{8} significan
independientemente entre sí un grupo alquilo con 1 a 18 átomos de
carbono o un átomo de H, y
n, p significan independientemente entre sí un
número entero de 1 a 12.
Preferentemente tienen las variables en la
fórmula I el siguiente significado:
m un número entero de 1 a 10, particularmente 1 ó
2 y particularmente preferente es m = 1,
R^{1}, R^{2} un grupo metilo,
R^{3} En el caso de m = 1 significa R^{3}
particularmente hidrógeno, un grupo hidroxilo, un grupo amino
primario o también un grupo alcoxi con 1 a 20 átomos de carbono, un
grupo carboxilato con 1 a 20 átomos de carbono, un grupo amino
secundario NHR', un grupo amino NR'R'' o un grupo amonio
^{+}NR'R''R'''X^{-}, en el cual significan R' hasta R'''
independientemente entre sí un resto orgánico, particularmente un
resto hidrocarburo con hasta 20 átomos de carbono, por ejemplo un
resto alquilo con 1 a 12 átomos de carbono o un resto fenilo y
X^{-} un ion opuesto, por ejemplo un halogenuro,
en el caso de m > 1 puede tener R^{3}, por
ejemplo, un significado siguiente:
en las
cuales
R^{9} significa alquilo con 1 a 12 átomos de
carbono o -(CH_{2})_{z}-COOR^{6}
(R^{6} tiene es significa anteriormente citado),
R^{10} significa hidrógeno o alquilo con 1 a 18
átomos de carbono,
R^{11} significa alquilo con 1 a 18 átomos de
carbono, vinilo o isopropenilo,
R^{12} significa hidrógeno o un resto orgánico,
como se forma habitualmente en la polimerización por medio de
radicales de los monómeros de partida,
R^{13} significa alquilo con 8 a 22 átomos de
carbono,
y significa 0 ó 1,
x significa 1 a 12, y
z significa 1 a 50, y
w significa 1 a 50, y
v significa 0 a 20.
En el caso de m > 1 significa R^{3}
particularmente un resto orgánico m-valente con
hasta 100, particularmente hasta 50 átomos de carbono, por ejemplo
también un resto hidrocarburo o un resto policarboxilato.
También preferente significa r^{3} un grupo de
la fórmula
R^{4} significa preferentemente un átomo de
hidrógeno.
Particularmente preferentes son estabilizantes
con una o varios grupos hidroxilo o amino primarios o
secundarios.
Muy particularmente preferente se trata de un
estabilizante de la fórmula
que se obtiene como hidróxi-TEMPO
(4-hidróxi-2,2,6,6-tetrametilpiperidina).
Como estabilizantes particularmente adecuados se
citan también los siguientes:
1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina,
1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-ona,
1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-ilacetato,
1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il-2-etilhexanoato,
1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il-estearato,
1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il-benzoato,
1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il-(4-terc.-butil)benzoato,
bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-succinato,
bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-adipato,
bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-sebacato,
bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-n-butilmalonato,
bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-ftalato,
bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-isoftalato,
bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-tereftalato,
bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-hexihidrotereftalato,
N,N'-bis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-adipinamida,
N-(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-caprolactama,
N-(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il)-dodecilsuccinimida,
2,4,6-tris-[N-butil-N-(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-il]-s-triazina,
y
4,4'-etilenbis(1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperazin-3-ona).
Las dispersiones según la invención pueden
contener naturalmente además del estabilizante, que contiene al
menos un grupo piperidin-N-oxil
tetrasubstituido en posición 2,2,6,6 por un resto hidrocarburo con 1
a 6 átomos de carbono, todavía otros estabilizantes.
Se citan, por ejemplo,
2,2,6,6-tetraalquilpiperidinas, que no contienen
ningún grupo N-oxilo o coestabilizantes del grupo de
las hidroxilaminas, de los compuestos aromáticos nitro o nitroso, de
los fenoles substituidos, sobre todo aquellos con substituyentes de
alquilo o de alcoxi, fenotiazinas, quinonas, sales cúpricas,
fosfitos, fosfonitos, tioéteres o fenilendiaminas o mezclas,
constituidas por estos compuestos.
Las dispersiones según la invención son estables
durante mucho tiempo, durante meses y años. En este tiempo se
produce en todo caso tan solo un pequeño aumento de las partículas
dispersadas y no se puede apreciar apenas la formación de un
depósito en el suelo.
Las dispersiones según la inversión se emplean
particularmente para la obtención de recubrimientos, que se
endurecen por irradiación con luz de gran energía y pueden contener
otros aditivos, por ejemplo fotoiniciadores, para el endurecimiento
por irradiación. La reactividad de los poliuretanos en el
endurecimiento no se influye por la presencia del estabilizador I o
bien apenas.
En un reactor se disponen los componentes de
hidroxilo, es decir butanodiol, poliésterdiol y acrilato de
hidroxietilo, conjuntamente con tempol (cantidad un 0,01% en peso,
referido a todos los componentes de partida del poliuretano) y se
agregaron el componente de isocianato, isoforonadiisocianato y
hexametilendiisocianato trímero, de modo que puede disiparse bien el
calor de la reacción, que se forma. Al alcanzar un contenido de
isocianato de un 2% se hace reaccionar la dispersión con una
solución acuosa de sal-PUD (aducto de ácido acrílico
en alquildiamina 1:1) y se agregan a continuación después de un
tiempo de reacción de 15 minutos 60 partes en peso de agua (referido
y 40 partes en peso de poliuretano). La temperatura se aumenta ahora
y se elimina la acetona en el vacío del recipiente de reacción por
destilación. La solución primeramente acuosa acetónica de acrilato
de poliuretano se convierte con una pérdida creciente de acetona en
altamente viscosa y se transforma finalmente en una dispersión
acuosa.
Ejemplo
comparativo
En el ejemplo comparativo se empleó en lugar de
tempol fenotiazina (cantidad en peso 0,01% en peso).
\newpage
El tamaño de partículas (en nm)se
determina con un tiempo de almacenaje progresivo. La temperatura de
almacenaje era de 60ºC.
| Tiempo de almacenaje (días) | Ejemplo comparativo | Ejemplo |
| 0 | 82,0 | 75,0 |
| 2 | 134,0 | 107,0 |
| 4 | 148,5 | 110,4 |
| 8 | 155,8 | 112,3 |
| 15 | 186,5 | 118,2 |
| 30 | 198,1 | 120,0 |
| 52 | 204,5 | 146,2 |
| 72 | 208,1 | 169,2 |
| 90 | 232,5 | 195,2 |
Claims (7)
1. Dispersiones acuosas de poliuretanos con
grupos etilénicamente insaturados y copolimerizables, conteniendo un
estabilizador, que contiene al menos un grupo
piperidin-N-oxil tetrasubstituido en
posición 2,2,6,6 por un grupo hidrocarburo con 1 a 6 átomos de
carbono.
2. Dispersiones acuosas según la reivindicación
1, caracterizadas porque se trata en el caso del
estabilizante de un compuesto o de una mezcla, constituida por
compuestos de la fórmula general I
en la
cual
m puede significar un número entero de 1 a
100,
R^{1}, R^{2} pueden significar alquilo con 1
a 4 átomos de carbono, fenilo o conjuntamente con el átomo de
carbono con el cual están enlazados un anillo de hidrocarburo
saturado de 5 a 6 miembros,
R^{3} puede significar hidrógeno, un grupo
hidroxilo, un grupo amino primario o un resto orgánico
m-valente enlazado a través de oxigeno o
nitrógeno,
R^{4} puede significar hidrógeno, un grupo
alquilo con 1 a 12 átomos de carbono o un grupo alcoxi con 1 a 12
átomos de carbono,
o
m significa 1, y
R^{3} y R^{4} significan conjuntamente un
grupo ceto (=0), o
R^{3} y R^{4} forman conjuntamente con el
átomo de carbono, con el cual están enlazados, una estructura anular
de la fórmula II
o de la fórmula
III
o de la fórmula
IV
en las
cuales
R^{5} significa hidrógeno, alquilo con 1 a 12
átomos de carbono o
-(CH_{2})_{n}-COOR^{8},
R^{6}, R^{7}, R^{8} significan
independientemente entre sí un grupo alquilo con 1 a 18 átomos de
carbono o un átomo de H, y
n, p significan independientemente entre sí un
número entero de 1 a 12.
3. Dispersión acuosa según la reivindicación 2,
caracterizada porque se trata en el caso del estabilizante de
un compuesto de la fórmula
4. Dispersiones acuosas según una de las
reivindicaciones 1 a 3, conteniendo de un 0,001 hasta un 0,5% en
peso, referido a los compuestos, del estabilizante.
5. Dispersiones acuosas según una de las
reivindicaciones 1 a 4, ascendiendo el contenido de grupos
etilénicamente insaturados en los poliuretanos a 0,005 hasta 0,4 mol
por 100 g de poliuretano.
6. Dispersiones acuosas según una de las
anteriores reivindicaciones, tratándose en los poliuretanos con
grupos etilénicamente insaturados y copolimerizables de
(met)acrilatos de poliuretano.
7. Empleo de un estabilizante, que contiene al
menos un grupo piperidin-N-oxilo
tetrasubstituido en posición 2,2,6,6 por un grupo hidrocarburo con 1
a 6 átomos de carbono para el estabilizado de dispersiones acuosas
de poliuretanos con grupos etilénicamente insaturados y
copolimerizables.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19613994A DE19613994A1 (de) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | Stabilisierte wäßrige Dispersionen von Polymeren mit ethylenisch ungesättigten Gruppen |
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