ES2212007T3 - Dispersiones acuosas estabilizadas de poliuretanos con grupos etilenicamente insaturados. - Google Patents

Dispersiones acuosas estabilizadas de poliuretanos con grupos etilenicamente insaturados.

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ES2212007T3 ES97105333T ES97105333T ES2212007T3 ES 2212007 T3 ES2212007 T3 ES 2212007T3 ES 97105333 T ES97105333 T ES 97105333T ES 97105333 T ES97105333 T ES 97105333T ES 2212007 T3 ES2212007 T3 ES 2212007T3
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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
1
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
2
o de la fórmula III
3
o de la fórmula IV
4
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:
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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
15
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
16
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.
Ejemplo Obtención de la dispersión de acrilato de poliuretano
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
Ensayo de la estabilidad durante mucho tiempo
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
17
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
18
o de la fórmula III
19
o de la fórmula IV
20
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
21
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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