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EP1451238A1 - 2-komponentenvernetzung von endfunktionalisierten polyacrylaten - Google Patents

2-komponentenvernetzung von endfunktionalisierten polyacrylaten

Info

Publication number
EP1451238A1
EP1451238A1 EP02791702A EP02791702A EP1451238A1 EP 1451238 A1 EP1451238 A1 EP 1451238A1 EP 02791702 A EP02791702 A EP 02791702A EP 02791702 A EP02791702 A EP 02791702A EP 1451238 A1 EP1451238 A1 EP 1451238A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polyacrylates
functional groups
polymer
polymerization
functionalized
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02791702A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Husemann
Stephan ZÖLLNER
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.)
Tesa SE
Original Assignee
Tesa SE
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
Priority claimed from DE10157695A external-priority patent/DE10157695A1/de
Application filed by Tesa SE filed Critical Tesa SE
Publication of EP1451238A1 publication Critical patent/EP1451238A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09J175/04Polyurethanes
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    • Y10T428/2891Adhesive compositions including addition polymer from unsaturated monomer including addition polymer from alpha-beta unsaturated carboxylic acid [e.g., acrylic acid, methacrylic acid, etc.] Or derivative thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the molecular weight of polyacrylates and their derivatives, in particular for crosslinking.
  • a central problem is the length of the mesh sheet, since acrylic hotmelt PSAs are generally of low molecular weight, have a lower percentage of entanglements and therefore have to be crosslinked more. With stronger networking, the cohesion level, but the distance between the individual networking points is becoming ever smaller. The network is therefore significantly closer-meshed and the PSA has only low viscoelastic properties.
  • No. 5,888,644 describes a process for the production of release lacquers.
  • the starting point is multifunctional acrylates, which are implemented with polysiloxanes.
  • no defined network is formed, so that this process cannot be applied to acrylic PSAs either.
  • Polymers of this type are not very thermally stable, since iodides generally react with air and are easily oxidized to iodine. Consequence of this are severe discoloration. This applies in particular to hot melt processes with high temperatures.
  • the object of the invention is to provide a process for building up the molecular weight of polyacrylates, in particular for their crosslinking, which does not have the disadvantages of the prior art or only has them to a reduced extent.
  • the invention accordingly relates to a process for increasing the molecular weight of polyacrylates, polyacrylates which have been functionalized at least in part of their chain ends by suitable groups X being reacted with at least one compound which has at least two such functional groups Y which are able to enter into linkage reactions with the functional groups X.
  • polyacrylates should also be understood to mean their derivatives and polymethacrylates and their derivatives, also referred to as component (a).
  • the linking reactions are addition reactions.
  • the linkage takes place via substitution reactions.
  • substitution reactions transesterification and esterification reactions are particularly advantageous.
  • the polyacrylates containing the functional groups X are invented with such a compound.
  • implemented according to the invention which has at least two such functional groups Y, which are able to bind the polyacrylates using the functional groups Y.
  • Such bond formations are, for example, the complex bonding of the polyacrylates to two coordination centers; in this sense, functional centers should also be understood as functional groups.
  • the respective functional groups X and Y are located at the respective compounds at their chain ends and are therefore also referred to below as functional end groups.
  • the compounds containing functional groups Y are also referred to below as linking compounds and as component (b).
  • the polyacrylates functionalized with the groups X very advantageously have an average molecular weight (number average) M n in the range from 2,000 g / mol to 1,000,000 g / mol.
  • the method is hereby particularly suitable for the construction or crosslinking of polyacrylate PSAs.
  • Increasing the molecular weight in the sense of the method according to the invention is understood to mean, in particular, crosslinking, but furthermore also the construction of higher molecular (long-chain) molecules.
  • the method thus allows the construction of higher molecular weight compounds from the low molecular weight components, with the components (that is to say the polyacrylates having the functional groups X and the linking compounds having the functional groups Y) being linked linearly to one another in a variant which is particularly preferred for the process according to the invention.
  • higher molecular alternating block copolymers can be built up from the low molecular components, particularly advantageously in such a way that the blocks each correspond to one of the building blocks. Compounds that are already available as block copolymers can also be linked.
  • Another particularly preferred variant of the method according to the invention comprises the construction of crosslinked structures from the polyacrylates and the linking compounds.
  • at least one of the two components polyacrylates and / or linking compounds
  • the polyacrylates which have the functional groups X and / or those which have the functional groups Y are linking compounds have at least one, possibly preferably several chain branches, so that more than two chain ends are present. Further advantageously, at least one of the two components then has three or more functional groups Y.
  • the network density can be further increased if both components carry at least three or more terminal functional groups. With increasing functionality, the tendency to form networks also increases. This also applies if the number of functionalities increases only from one of the components.
  • di-, tri- and / or multifunctional polyacrylates can be mixed with di-, tri- and / or multifunctional linking compounds and reacted.
  • the mixing ratio of the polyacrylates and the linking compounds can be chosen freely, depending on the property of the linked polymer to be achieved.
  • the amount of functional groups X advantageously corresponds essentially to that of functional groups Y.
  • the molar ratio n ⁇ / n x of the number n ⁇ of the functional groups Y of the linking compound to the number n x of the functional groups X of the polyacrylates is in each case preferably in a size range between 0.8 and 1.2, very preferably between 0. 8 and 1.
  • linear polyacrylates each with a terminal functional group X at the chain ends
  • branched, dendritic or star-shaped polyacrylates are used in the inventive method. These polymers also have at least two functional end groups X.
  • the number of terminal functional groups X corresponds to the number of chain or side chain ends or the arms of a star polymer.
  • each linear, branched, dendritic or star-shaped poly (meth) acrylate can also carry several end groups X at the respective chain end.
  • At least 50% by weight of acrylic acid and / or methacrylic acid derivatives of the general structure are used as polyacrylates
  • the end-functionalized polyacrylates have a static glass transition temperature of - 100 ° C to + 25 ° C.
  • the static glass transition temperature it is further advantageous to raise the static glass transition temperature further (preferably up to + 175 ° C).
  • the monomers are chosen such that the resulting polymers can be used as pressure-sensitive adhesives at room temperature or higher temperatures, in particular in such a way that the resulting polymers have pressure-sensitive adhesive properties in accordance with the "Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" by Donatas Satas ( van Nostrand, New York 1989)
  • T G of the polymers T G 25 25 ° C.
  • the monomers are very preferably selected in accordance with what has been said above and the quantitative composition of the monomer mixture is advantageously chosen such that the Fox equation (G1) (cf. TG Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1 (1956) 123) gives the desired T G value for the polymer.
  • n represents the running number of the monomers used
  • w n the mass fraction of the respective monomer n (% by weight)
  • T G n the respective glass transition temperature of the homopolymer from the respective monomers n in K.
  • Acrylic and methacrylic acid esters with alkyl groups consisting of 4 to 14 carbon atoms, preferably 4 to 9 carbon atoms, are preferably used.
  • Specific examples, without wishing to be restricted by this list, are methacrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, n-pentyl acrylate, n-hexyl acrylate, n-heptyl acrylate, n-octyl acrylate, n-octyl methacrylate, n -Nonylacrylat, laurylacrylate, stearyl acrylate, behenyl acrylate, and their branched isomers, such as Isobutyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, isooctyl acrylate, isoocty
  • cycloalkyl alcohols consisting of at least 6 carbon atoms.
  • the cycloalkyl alcohols can also be substituted, e.g. by C1-6 alkyl, halogen or cyano.
  • Specific examples are cyclohexyl methacrylate, isobornyl acrylate, isobornyl methacrylate and 3,5-dimethyladamantylacrylate.
  • vinyl compounds which contain functional groups which negatively influence the coupling or crosslinking reaction of the functional groups X and Y with one another are dispensed with.
  • vinyl monomers from the following groups can optionally be used as monomers within the meaning of the definition: vinyl esters, vinyl ethers, vinyl halides, vinyl idene halides, and also vinyl compounds which contain aromatic cycles and heterocycles in the ⁇ -position.
  • selected monomers which can be used according to the invention may be mentioned by way of example: vinyl acetate, vinylformamide, vinylpyridine, ethyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, butyl vinyl ether, vinyl chloride, vinylidene chloride, acrylonitrile.
  • Monomers are advantageously used, the polar groups such as carboxyl, sulfonic and phosphonic acid, hydroxy, lactam and lactone, N-substituted amide, N-substituted amine, carbamate, epoxy, thiol, ether, alkoxy. Wear cyan or the like.
  • Moderate basic monomers are e.g. N, N-dialkyl substituted amides such as e.g. N, N-
  • Photoinitiators with a copolymerizable double bond are also advantageously used.
  • Norrish I and II photoinitiators are suitable as photoinitiators.
  • Examples are benzoin acrylate and an acrylated benzophenone from UCB (Ebecryl P 36 ® ).
  • all photoinitiators known to the person skilled in the art can be copolymerized, which can crosslink the polymer via a radical mechanism under UV radiation.
  • An overview of possible photoinitiators that can be functionalized with a double bond is given in Fouassier: “Photoinititation, Photopolymerization and Photocuring: Fundamentals and Applications", Hanser-Verlag, Kunststoff 1995.
  • Carroy et al. In “ Chemistry and Technology of UV and EB Formulation for Coatings, Inks and Paints ", Oldring (ed.), 1994, SITA, London.
  • Aromatic vinyl compounds such as styrene are suitable here, the aromatic nuclei preferably consisting of C 4 to C 13 building blocks and also containing heteroatoms.
  • Particularly preferred examples are 4-vinylpyridine, N-vinylphthalimide, methylstyrene, 3,4-dimethoxystyrene, 4-vinylbenzoic acid, benzyl acrylate, benzyl methacrylate, phenyl acrylate, phenyl methacrylate, t-butylphenyl acrylate, t-butylphenyl methacrylate, 4-biphenyl 2-acrylate and methacrylate Naphthyl acrylate and methacrylate and mixtures of those monomers.
  • One or more functional groups can advantageously be incorporated, which allow radiation-chemical crosslinking of the polymers, in particular by means of UV irradiation or by irradiation with fast electrons.
  • acrylic esters which have an unsaturated one can be used as monomer units Contain alkyl radical with 3 to 18 carbon atoms, which contains at least one carbon-carbon double bond.
  • allyl acrylate and acrylated cinnamic acid esters are particularly advantageous.
  • vinyl compounds with double bonds which are not reactive during the (radical) polymerization can also be used very advantageously as monomers for the polymer block.
  • Particularly preferred examples of corresponding comonomers are isoprene and / or butadiene, but also chloroprene.
  • the polyacrylates contain one or more grafted-on side chains.
  • Such systems can be obtained both by a graft-from (polymerisation of a side chain starting from an existing polymer backbone) and by a gra / ⁇ -to process (connection of polymer chains to a polymer backbone via polymer-analogous reactions).
  • monomers which are functionalized in this way can be used as monomers, which enable a graft-from process for grafting on side chains.
  • a preferred characteristic of the end-functionalized polyacrylates is that their molecular weight M n is between approximately 2,000 and approximately 1,000,000 g / mol, preferably between 30,000 and 400,000 g / mol, particularly preferably between 50,000 g / mol and 300,000 g / mol.
  • the polydispersity of the polymer given by the quotient of mass average M w and number average M n of the molar mass distribution, is preferably less than 3.
  • the reactivity of low molecular weight end-functionalized polyacrylates is higher, so that they are preferably used for the reaction.
  • all controlled or living polymerizations can be used to produce the end-functionalized polyacrylates, as can combinations of different controlled polymerization processes.
  • the ATRP, GTRP Group Transfer Radical Polymerization
  • the nitroxide / TEMPO-controlled polymerization or more preferably the RAFT process allow the polymer architecture and also introduce a functional group in the polyacrylate.
  • conventional free radical polymerizations are also conceivable if the initiator carries at least one functional group and this remains in the polymer even after the initiation.
  • Different technologies can be used to produce the end-functionalized polyacrylates.
  • the polymers can also be prepared in emulsion or bead polymerization, solvent polymerizations, pressure polymerizations or bulk polymerizations.
  • Radical polymerizations can be carried out in the presence of an organic solvent or in the presence of water or in mixtures of organic solvents and / or organic solvents with water or in bulk. As little solvent as possible is preferably used. Depending on conversion and temperature, the polymerization time for radical processes is typically between 2 and 72 hours.
  • esters of saturated carboxylic acids such as ethyl acetate
  • aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, n-heptane or cyclohexane
  • ketones such as acetone or methyl ethyl ketone
  • benzene aromatic solvents such as toluene or xylene or mixtures
  • solvents aforementioned solvent used emulsifiers and stabilizers are preferably added for the polymerization.
  • Conventional radical-forming compounds such as peroxides, azo compounds and peroxosulfates are advantageously used as polymerization initiators for the controlled radical polymerizations. Mixtures of initiators are also ideal.
  • Nitroxide-controlled polymerization processes can be used to synthesize the polyacrylates.
  • Difunctional initiators are preferably used for the preferred difunctional polyacrylates.
  • An example of this are difunctional alkoxyamines (I).
  • R 1 *, R 2 *, R 3 *, R 4 * can be different, identical or chemically linked and the pairs R 1 * and R 2 * as well as R 3 * and R 4 * each contain at least one group X or have a functional group that can be converted into X by a chemical reaction.
  • R 1 * to R 4 * are preferably selected independently of one another as: i) halides, such as chlorine, bromine or iodine ii) linear, branched, cyclic and heterocyclic hydrocarbons with 1 to 20
  • Carbon atoms which can be saturated, unsaturated or aromatic, iii) esters -COOR 5 *, alkoxides -OR 6 * and / or phosphonates -PO (OR 7 *) 2) where R 5 *, R 6 * and R 7 * for Radicals from group ii) are present, iv) radicals from ii) where in addition at least one hydroxyl function or
  • Silyl ether function is included.
  • alkoxyamines can also be used to prepare the end-functionalized polyacrylates by nitroxide-controlled polymerization.
  • the middle block which forms two radicals after initiation by heat, heat radiation or actinic radiation, can be further modified or varied.
  • Various chemical structures are known to the person skilled in the art. The prerequisite is that at least 2 radicals are formed which are stabilized by nitroxides which carry at least one functional group X or contain a group which is converted into X by a chemical reaction.
  • nitroxides of type (II) or (III) are used in a favorable procedure:
  • R 1 # , R 2 # , R 3 # , R 4 , R 5 # , R 6 # , R 7 , R 8 independently denote the following compounds or atoms and preferably at least one of the radicals R 1 # to R 6 # or R 7 # and / or R 8 # carry at least one group X or contain a group which can be converted into the desired group X by a chemical reaction.
  • R 1 # to R 8 # are preferably selected independently of one another as: i) halides, such as chlorine, bromine or iodine ii) linear, branched, cyclic and heterocyclic hydrocarbons with 1 to 20 carbon atoms, which can be saturated, unsaturated or aromatic, iii) esters -COOR 9 # , alkoxides -OR 10 # and / or phosphonates -PO (OR 11 ) 2 , where R 9 # , R 10 # and R 11 # represent residues from group ii), iv) residues from of group ii), at least one hydroxy function or silyl ether function being additionally contained.
  • halides such as chlorine, bromine or iodine
  • No. 4,581,429 A discloses a controlled radical polymerization process which uses an initiator of a compound of the formula R'R "NOY, in which Y is a free radical species which can polymerize unsaturated monomers.
  • WO 98/13392 A1 describes open-chain alk- oxyamine compounds which have a symmetrical substitution pattern
  • EP 735 052 A1 discloses a process for the production of thermoplastic elastomers with narrow molar mass distributions
  • WO 96/24620 A1 describes a polymerization process in which very special radical compounds such as phosphorus-containing nitroxides based on imidazolidine are used
  • WO 98/44008 A1 discloses special nitroxyls based on morpholines, piperazinones and piperazine dions DE 199 49 352 A1 describes heterocyclic alkoxyamines as regulators in controlled free-radical polymerizations.
  • ATRP atom transfer radical polymerization
  • block copolymers preferably mono- or difunctional secondary or tertiary halides as initiators and for the abstraction of the (r) halide (s) Cu, Ni -, Fe, Pd, Pt, Ru, Os, Rh, Co, Ir, Ag or Au complexes
  • s atom transfer radical polymerization
  • the different possibilities of the ATRP are also described in the documents US 5,945,491 A, US 5,854,364 A and US 5,789,487 A.
  • the corresponding secondary or tertiary halide should already have the desired functional group X. Furthermore, the polymerization process leaves halides in the polymer as end groups, which can likewise be converted into the corresponding functional groups X by substitution reactions.
  • the manufacture of multiblock or star-shaped structures can be carried out according to the concept described in Macromolecules 1999, 32, 231-234. There, multifunctional halides are used for the polymerization, which then have to be converted in a substitution reaction in a polymer-analogous manner to the desired functional group (s) X.
  • Inert solvents are preferably used as the reaction medium, e.g. aliphatic and cycloaliphatic hydrocarbons, or also aromatic hydrocarbons.
  • the living polymer is generally represented by the structure P (A) -Me, where Me is a Group I metal, such as lithium, sodium or potassium, and P L (A) is a growing polymer block from the monomers A.
  • Me is a Group I metal, such as lithium, sodium or potassium
  • P L (A) is a growing polymer block from the monomers A.
  • the molar mass of the The end group-modified poly (meth) acrylate to be produced is predetermined by the ratio of the initiator concentration to the monomer concentration. To build up the polymer, preference is given to using acrylate and methacrylate monomers which do not negatively influence the anionic course of the polymerization or can even be broken off completely.
  • n-propyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, 2-naphthyllithium, cyclohexyllithium or octyllithium this list does not claim to be complete.
  • Initiators based on samarium complexes for the polymerization of acrylates are also known (Macromolecules, 1995, 28, 7886) and can be used here. With these initiators, however, it should be noted that only mono-end group-functional polyacrylates are accessible in this way by interrupting the corresponding anionic polymerization. For the production of carboxy groups this can be done, for example, by CO 2 with subsequent hydrolysis, for the production of hydroxyl groups, for example, by reaction with ethylene oxide and subsequent hydrolysis.
  • difunctional initiators can also be used, such as, for example, 1, 1, 4,4-tetraphenyl-1, 4-dilit iobutane or 1, 1, 4,4-tetraphenyl-1, 4-dilithioisobutane.
  • coinitiators can also be used. Suitable coinitiators include lithium halides, alkali metal alkoxides or alkyl aluminum compounds. In a very preferred version, the ligands and coinitiators are chosen so that acrylate monomers, e.g.
  • N-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate can be polymerized directly and do not have to be generated in the polymer by transesterification with the corresponding alcohol.
  • these anionic polymerizations are terminated in such a way that at least one functional group is generated at the chain end.
  • hydroxyl groups are trapped with ethylene oxide and then hydrolyzed.
  • difunctional initiators can be used for the production of end-functionalized polyacrylates by anionic polymerization, which initiators already contain at least one functional group in the polymer and this does not hinder the anionic polymerization process.
  • at least one end-functional group on the poly (meth) acrylate can also be released by a polymer-analogous reaction.
  • a variant of RAFT polymerization (reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization) is carried out as a very preferred manufacturing process.
  • the Polymerization process is e.g. B. in the writings WO 98/01478 A1 and WO 99/31144 A1 described in detail.
  • Trithiocarbonates of the general structure R '"- SC (S) -S-R'" (Macromolecules 2000, 33, 243-245), by means of which one or more monomers (acrylates / methacrylates) are suitable, are particularly advantageous for the preparation of end-functionalized polyacrylates ) are polymerized and parts of the regulator remain as end groups in the polymer.
  • the trithiocarbonate can consist of a compound in which R '"contains a functional group X or a functional group which can be converted into a functional group X by a chemical reaction.
  • R '"contains a functional group X or a functional group which can be converted into a functional group X by a chemical reaction can be expedient to carry out a two-stage polymerization
  • monomers are polymerized with a trithiocarbonate, which contain at least one functional group X and then polymerize the (meth) acrylates in a second step.
  • the polymerization can take place continuously or with termination after the 1st stage and subsequent reinitiation.
  • the latter method is particularly suitable for the production of end-functionalized polyacrylates with several functional groups X at each end.
  • the trithiocarbonates (IV) and (V) are used for the polymerization, where ⁇ is a phenyl ring which functionalizes or is functionalized by alkyl or aryl substituents which are linked directly or via ester or ether bridges can be, or can be a cyano group.
  • Functionalizations can be, for example, halogens, hydroxyl groups, epoxy groups, nitrogen or sulfur-containing groups, without this list claiming to be complete. Some of these groups can in turn be used as functional group X.
  • end-functionalized polyacrylates with few or only one group X it may be advantageous to use end-functionalized trithiocarbonates.
  • end-functionalized trithiocarbonates e.g. Trithiocarbonate types VIII and IX used.
  • Group X should not affect the controlled radical polymerization.
  • the group K is very variable, in order to improve the control of the polymerization or to change the rate of polymerization, can be C to C 8 alkyl, C 2 to C 18 alkenyl, C 2 to C 18 alkynyl, in each case linear or branched; Aryl, phenyl, benzyl, aliphatic and aromatic heterocycles.
  • K as one or more groups -NH 2 , -NH-R I , -NR VI R V ", -NH-C (O) -R vl , -NR vl -C (O) -R v ", - NH-C (S) -R VI ,
  • R v ⁇ and R v in turn compounds of the type C to C 18 alkyl, C 2 - to C 18 alkylene, C 2 - to C 18 alkynyl, each linear or branched; aryl, phenyl, benzyl , can be aliphatic and aromatic heterocycles and are independent of one another or the same.
  • regulators can also be used which carry functionalized dithioester groups at the end and incorporate them at the polymer end.
  • controllers of this type can have the structure XII.
  • the functional group should not influence the polymerization process, but should remain on the sulfur atoms so that this group is incorporated at the end of the polymer chain.
  • the dibenzylic group can be further modified and adapted in order to further improve the polymerization behavior.
  • the patents WO 98/01478 A1 and WO 99/31 144 A1 are only mentioned here by way of example.
  • initiator systems which additionally contain further radical initiators for the polymerization, in particular thermally decomposing radical-forming azo or peroxo initiators.
  • radical initiators for the polymerization
  • thermally decomposing radical-forming azo or peroxo initiators in principle, however, all customary initiators known for acrylates are suitable for this.
  • C-centered radicals is described in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Vol. E19a, p. 60ff. These methods are used in a preferred manner.
  • radical sources are peroxides, hydroperoxides and azo compounds.
  • radical initiators include: potassium peroxodisulfate, dibenzoyl peroxide, cumene hydroperoxide, cyclohexanone peroxide, cyclohexylsulfonylacetyl peroxide, di-tert- butyl peroxide, azodiisobutyronitrile, diisopropyl percarbonate, tert-butyl peroctoate, benzpinol.
  • the radical initiator is 1, 1 'azo-bis (cyclo hexylnitrile) (Vazo ® 88, DuPont ®) or 2,2-azobis (2-methylbutanenitrile) (Vazo ® 67, DuPont ® ) used.
  • radical sources can also be used which only release radicals under UV radiation.
  • polymerization is usually carried out only to a low degree (WO 98/01478 A1) in order to achieve the narrowest possible molecular weight distributions. Due to the low sales, these polymers cannot be used as pressure-sensitive adhesives and, in particular, not as hot-melt pressure-sensitive adhesives, since the high proportion of residual monomers negatively influences the adhesive properties, the residual monomers contaminate the recycled solvent in the concentration process, and the corresponding self-adhesive tapes would show very high outgassing behavior , In order to avoid this disadvantage of low sales, the polymerization is initiated several times in a particularly preferred embodiment.
  • the polymerization processes described above can also be used to produce multi-arm, star-shaped or dendritic end-functionalized polyacrylates. By modifying the initiating connection or the controller, such connections are easily accessible.
  • the following structures show examples of suitable compounds, wherein the compound XIII is a suitable substance for the preparation of a 12-arm polyacrylate via ATRP technology, the compound XIV is for the production of a 6-arm polyacrylate via RAFT technology and the compound XV for the production of a 3- poor polyacrylates via a nitroxide-controlled reaction.
  • Polyacrylates made from compound XIII can e.g. by conversion (substitution reaction) of the terminal bromides into suitable end group-functionalized polyacrylates.
  • Polyacrylates made from compound XIV already have a functional group X as the end group per polymer arm. However, the regulator XIV can also carry this functional group at a different position on the terminal phenyl rings or else several functional groups on the terminal phenyl rings.
  • Polyacrylates made from compound XV already have 3-hydroxy groups as the terminal functional group per polymer arm, which can be used for the reaction.
  • the number of arms generated can be controlled by the number of groups functional for the controlled radical polymerization.
  • the functional groups can also be exchanged, modified or specifically substituted. This measure can be used, for example, to increase or decrease the control or the rate of polymerization.
  • all of the above-mentioned polymerization methods are only exemplary methods for the preparation of end-functionalized polyacrylates. However, it is also possible to use all methods known to the person skilled in the art for controlled polymerisation. As long as functional groups can be introduced onto the polymer using this polymerization method, functionalization at the poly (meth) acrylate chain end is particularly preferred.
  • radical polymerization methods are also suitable for introducing functional groups.
  • functional groups can be introduced into the polymer as end groups by the initiator.
  • the initiator There are e.g. commercial azo initiators which carry free carboxylic acid groups or hydroxyl groups, which are then also incorporated into the polymer via the polymerization and can be used for the coupling or crosslinking reaction. Another possibility would be to intercept the free radical polymerization and to incorporate a functional group X in this way.
  • Component (b) is used to link the end-functionalized polyacrylates.
  • these linking compounds have different properties.
  • it is preferred that the linking compounds have at least two terminal functional groups Y for reaction with the polyacrylates (component (a)) and that these functional groups Y undergo a chemical reaction with the functional group X of component (a).
  • Inorganic or organometallic compounds are used very preferably, for example to build up high-molecular networks of component (a) by means of complexations.
  • these can be metal salts which are reacted with polyacrylates end-functionalized with carboxylic acid groups.
  • Suitable metal salts are, for example, alkali metal halides or alkaline earth metal halides. It is for the inventive see process of advantage if these salts are soluble in polyacrylate (component (a)).
  • Some examples are LiBr, LiCI, KBr, Kl, magnesium bromide or calcium bromide. It is also possible to use transition metal halides, such as zinc chloride or zinc bromide.
  • Metal chelate complexes such as aluminum acetylacetonate, titanium acetylacetonate, titanium tetraisopropylate, titanium tetrabutylate, zirconium acetylacetonate and iron acetylacetonate are also suitable for coordinating end group carboxylic acid groups. These reactions preferably take place in a range above 100 ° C. Reversible reactions can be of great advantage for further processing from the melt, ie the metal salts have only weak coordinative interactions at high temperatures and form strong ionic or coordinative bonds when cooled to room temperature or application temperature. This measure allows components (a) and (b) to be mixed easily in the melt and, for example, for applications as PSAs after coating from the melt, form highly viscous and shear-resistant PSAs with cooling to the carrier.
  • component (b) is only activated after the mixing process.
  • organic compounds with at least one carbon atom and two functional groups Y are used for the process according to the invention.
  • Some examples of compounds with a C atom mentioned are malonic acid, malononitrile and methylenediamine.
  • Examples of linking compounds with 2 carbon atoms and 2 functional groups Y are ethylene glycol and succinic acid.
  • Examples of linking compounds with 3 carbon atoms for component (b) are glycerol, 1, 3-propanediol, glutaric acid and 1, 3-diaminopropane.
  • Examples of compounds with 4 carbon atoms are 1, 4-butanediol, adipic acid, 1, 2,4-butanetriol, butene-1, 4-diol, 1, 2,3,4-butanetetracarboxylic acid, 1, 7-octadiene , Diethylenetriamine and dimethyl adipate.
  • Examples of compounds with 5 carbon atoms are 1, 1, 1-tris (hydroxymethyl) ethane, 1, 5-pentanediol and 1, 5-diamino-pentane.
  • compounds with up to 30 carbon atoms can advantageously be used, which can be aliphatic or aromatic, can have heterocycles and other cyclic structures which can contain unsaturated sites, and / or the following heteroatoms N, B, O, F, Cl , Br, I, Si, AI, P, or S can contain.
  • the specified heteroatoms can also be present in connection with one another, for example in the form of a phosphate group, a sulfonate group or a nitro or nitroso group.
  • the combination with each other is also possible, e.g. B. in the form of peroxo bonds, dithio bonds and diazo bonds.
  • blocked isocyanates can also preferably be used for the thermal activation.
  • the compounds have the advantage that they can be thermally activated for the reaction by means of energy (heat).
  • oligomers In addition to the low molecular weight organic compounds, higher molecular compounds (oligomers) or polymers can also be used as linking compounds.
  • oligomers and polymers e.g. Polyacrylates, polymethacrylates, polyisobutene, polyethylene, polypropylene, polyvinyl acetate, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, polycaprolactam, polycaprolactone, polyester, polybenzoates, polysiloxanes, polyethylene / propylene copolymers, polybutadiene, polyisoprene, polybutene, polythiophene, polyane carbonate, polyacyl amide, polyacyl amide , Polyvinyl alcohol, polypropylene oxide, polyethylene oxide, polyphenylene, polychloroprene and flourinated oligomers and polymers. All of these oligomers and polymers should have at least two functional end groups Y for the linking reaction.
  • the polyacrylates (component (a)) and the linking compounds (component (b)) for the linking reaction are mixed in a reactor with a mixing device.
  • the coupling reaction can be carried out in solution or in pure substance. End group-functionalized polyacrylates can thus be reacted in solution, the solvent used for the polymerization preferably being used here, or from the melt.
  • component (a) is made from solution - the solvent is removed from the polymer. In the simplest case, this can be done by applying a vacuum or generally by distilling off.
  • concentration extruders which are operated with low shear, are suitable for the concentration in order to avoid gelling during the hotmelt process.
  • the solvent is therefore preferably drawn off in a concentration extruder under reduced pressure, for which purpose, for example, single or twin screw extruders can be used, which preferably distill off the solvent in different or the same vacuum stages and have feed preheating.
  • component (a) is preferably concentrated to greater than 99.5%.
  • Different reactors can be used to carry out the linking reaction. The initial viscosity of the individual components and the viscosity after the coupling reaction are of particular importance here. Extruders and / or kneaders are particularly preferred for carrying out in a highly viscous medium.
  • Mixing units can also be twin-screw extruders or ring extruders.
  • the components (compounding) and the treatment (reaction) are combined in the same reactor, advantageously in an extruder.
  • This can also be the extruder in which the concentration step has already been carried out.
  • a twin screw extruder e.g. Werner & Pfleiderer or Welding Engineers
  • a co-kneader e.g. Buss
  • the optimum reaction conditions are set in these reactors by process length, throughput (speed), kneading temperature and amount of any catalysts used.
  • the residence time in the reactor can be optimized by good mixing of the reaction components.
  • the reaction proceeds at elevated temperatures depending on the flow viscosity of the components used.
  • the temperatures are chosen between 80 and 200 ° C for highly viscous systems, in a particularly preferred range between 110 and 160 ° C.
  • the process according to the invention it can also be advantageous to vary the molecular weight of the components - in particular of the end-functionalized polyacrylate - in order to improve the processability in the melt.
  • the flow viscosity can be reduced and thus the reaction increase willingness to exercise.
  • Another point is the processability under shear in the extruder, since low-viscosity and low-molecular-weight polymers are easier to process in the extruder and the shear introduced is thus greatly reduced.
  • the inventive method it is of no advantage for the inventive method to choose a continuous process sequence and / or to operate individual steps thereof in the in-line process. However, batch processing is also possible.
  • reactors are generally used for coupling from solution or from very low-viscosity components.
  • Mixing heads as they are known from 2-component polyurethane technology.
  • the two components are brought together in one chamber, with the flow or pressure causing the two components to mix very quickly and efficiently.
  • the reaction begins in the mixing chamber and can also continue in the subsequent processing process.
  • stirred kettles which can be provided with different stirrers for mixing.
  • stirrer e.g. Use anchor stirrers, propeller stirrers or MIG stirrers, with the viscosity again being a decisive factor.
  • all mixing devices familiar to the person skilled in the art are suitable.
  • the mixing devices can be heated and thus thermal energy can be introduced which enables or accelerates the linking reaction.
  • the energy requirement depends on several factors, such as the activation energy of the chemical reaction and the molecular weight of the individual components.
  • the reaction time represents a further process-specific parameter.
  • the reaction time also varies depending on the reactivity of the individual components, the temperature control and the viscosity. Accordingly, the response time can typically be e.g. can be shortened by increasing the temperature.
  • components (a) and (b) are only mixed and reacted at a later point in the process.
  • One example is the processing of components (a) and (b) in an injection molding process, after which the hardening then takes place and the shape is retained.
  • the conversion of the linking reactions proceeds as quantitatively as possible. Still, the reactivity, in particular when linking high molecular components, often less, so that only significantly lower sales can be realized. Rather, in some cases there is the possibility of side reactions.
  • at least one linking reaction between a functional group X and Y should take place successfully.
  • a higher conversion of greater than 50% is achieved. In a particularly preferred embodiment, sales of greater than 75% are achieved based on the reactive groups.
  • Suitable adhesive resins include, inter alia, rosin and rosin derivatives (rosin esters, rosin derivatives also stabilized by, for example, disproportionation or hydrogenation), polyterpene resins, terpene-phenol resins, alkylphenol resins, aliphatic, aromatic and aliphatic-aromatic hydrocarbon resins, to name just a few.
  • the preferred resins are those which are preferably compatible with component (a).
  • the weight fraction of the resins is typically up to 40% by weight, more preferably up to 30% by weight.
  • plasticizers plasticizers
  • fillers e.g. fibers, carbon black, zinc oxide, titanium dioxide, chalk, solid or hollow glass spheres, microspheres made of other materials, silica, silicates
  • nucleating agents e.g. fibers, carbon black, zinc oxide, titanium dioxide, chalk, solid or hollow glass spheres, microspheres made of other materials, silica, silicates
  • nucleating agents e.g. fibers, carbon black, zinc oxide, titanium dioxide, chalk, solid or hollow glass spheres, microspheres made of other materials, silica, silicates
  • nucleating agents e.g. fibers, carbon black, zinc oxide, titanium dioxide, chalk, solid or hollow glass spheres, microspheres made of other materials, silica, silicates
  • nucleating agents e.g. fibers, carbon black, zinc oxide, titanium dioxide, chalk, solid or hollow glass spheres
  • Components (a) and (b) crosslink the polymer produced again with actinic radiation.
  • Additional crosslinks are generally particularly useful if the polymers produced by the above-mentioned processes have been linearly linked.
  • component (a) and / or (b) are optionally added to UV-absorbing photoinitiators before or after the linking reaction.
  • Useful photoinitiators that are very easy to use are benzoin ethers, such as. As benzoin methyl ether and benzoin isopropyl ether, substituted acetophenones, such as. B.
  • 2,2-diethoxyacetophenone (available as Irgacure 651 ® from Ciba Geigy ® ), 2,2-dimethoxy-2-phenyl-1-phenylethanone, dimethoxyhydroxyacetophenone, substituted ⁇ -ketols, such as, for. B. 2-methoxy-2-hydroxypropiophenone, aromatic sulfonyl chlorides, such as. B. 2-naphthyl sulfonyl chloride, and photoactive oximes such. B. 1-phenyl-1,2-propanedione-2- (O-ethoxycarbonyl) oxime.
  • the above-mentioned and other usable photoinitiators can contain the following radicals: benzophenone, acetophenone, benzil, benzoin, hydroxyalkylphenone, phenylcyclohexyl ketone, anthraquinone, trimethylbenzoylphosphine oxide, methylthi-phenylphenyl -, Aminoketone, azobenzoin, thioxanthone, hexarylbisimidazole, triazine, or fluorenone, each of these radicals being additionally substituted with one or more halogen atoms and / or one or more alkyloxy groups and / or one or more amino groups or hydroxy groups can.
  • Typical radiation devices that can be used are linear cathode systems, scanner systems or segment cathode systems if they are electron beam accelerators.
  • the typical acceleration voltages are in the range between 50 kV and 500 kV, preferably 80 kV and 300 kV.
  • the spreading doses used range between 5 and 150 kGy, in particular between 20 and 100 kGy.
  • component (a) and / or (b) are optionally di- or multifunctional vinyl compounds before or after the linking reaction, in a preferred embodiment di- or multifunctional methacrylates, in a very preferred embodiment di- or multifunctional acrylates added.
  • the polymers according to the invention can preferably be used for the production of PSA tapes. Depending on the polymer composition, these polymers are also suitable for film applications, as release coatings or as PSAs. Highly halogenated polymers could also be used as flame retardants, for example. Furthermore, the polymers produced by the process according to the invention can also be used as heat-activatable PSAs. For this area of application, the polymer should have a glass transition temperature of greater than 25 ° C. For the polymers with a narrow polymer network, applications in the coating sector are also possible. Polymers with a high glass transition temperature produced by the inventive method can also be used as thermoplastics. With a suitable choice of component (b), electrically conductive polymers are also possible. For example, polymers could also be made that emit light under current.
  • the test was carried out in accordance with PSTC-7.
  • a 50 ⁇ m thick pressure sensitive adhesive layer is applied to a 25 ⁇ m thick PET film.
  • a 1, 3 cm wide strip of this pattern is glued to a polished steel plate with a length of 2 cm with a 2 kg roll by rolling over twice.
  • the platelets are equilibrated for 30 min under test conditions (temperature and humidity), but without load.
  • the test weight is then attached to create a shear stress parallel to the bond area and the time taken for the bond to fail. If a holding time of 10,000 min is reached, the experiment is stopped before the perfect binding fails.
  • the peel strength (adhesive strength) was tested in accordance with PSTC-1. To a thickness of 25 ⁇ m
  • PET film is applied with a 50 ⁇ m thick adhesive layer.
  • a 2 cm wide strip of this pattern is made on a steel plate by rolling over twice glued to a 2 kg roll. The steel plate is clamped and the self-adhesive strip is pulled off over its free end on a tensile testing machine at a peeling angle of 180 °.
  • the determination of the average molecular weight M w and the polydispersity PD was carried out by the company Polymer Standards Service in Mainz. THF with 0.1% by volume of trifluoroacetic acid was used as the eluent. The measurement was carried out at 25 ° C. PSS-SDV, 5 ⁇ , 10 3 A, ID 8.0 mm x 50 mm was used as guard column. The columns PSS-SDV, 5 ⁇ , 10 3 and 10 5 and 10 6 , each with ID 8.0 mm x 300 mm, were used for the separation. The sample concentration was 4 g / l, the flow rate 1.0 ml per minute. It was measured against PMMA standards.
  • the bis-2,2'-phenylethyltrithiocarbonate (VIII) regulator was prepared starting from 2-phenylethyl bromide with carbon disulfide and sodium hydroxide according to a specification by Synth. Comm., 1988, 18 (13), 1531. Yield 72%.
  • the monomers for the nitroxide-controlled polymerizations had previously been purified by distillation and stored under nitrogen. Hydroxyethyl acrylate was also purified by distillation and then stored under an argon atmosphere at -20 ° C.
  • the compounding of the melt adhesion cyclers was carried out using the Rheomix 610p measuring kneader from Haake.
  • the Rheocord RC 300p device was available as the drive unit.
  • the device was controlled with the PolyLab System software.
  • the kneader was filled with 52 g of pure acrylic hotmelt PSA ( ⁇ 80% filling level).
  • the tests were carried out at a kneading temperature of 140 ° C., a rotation speed of 40 rpm and a kneading time of 15 minutes.
  • the polymerization was carried out at a constant outside temperature of 70 ° C. After a reaction time of 6 h, the mixture was diluted with 80 g of acetone. After a reaction time of 24 h, 0.2 g of Vazo 64 TM (DuPont) (2,2'-azo-bis- (isobutyronitrile)) dissolved in 5 g of acetone was again added. After 30 h, the mixture was diluted with 50 g of acetone. The polymerization was stopped by cooling to room temperature after 48 h reaction time. Analysis via GPC (Test C, PMMA standards) showed a molecular weight M n of 166,000 g / mol and M of 421,000 g / mol.
  • the polymerization was carried out at a constant outside temperature of 70 ° C. After a reaction time of 6 h, the mixture was diluted with 80 g of acetone. After a reaction time of 24 h, 0.2 g of Vazo 64 TM (DuPont) (2,2'-azobis (isobutyronitrile)) dissolved in 5 g of acetone was again added. After 30 h, the mixture was diluted with 50 g of acetone. The polymerization was stopped by cooling to room temperature after 48 h reaction time. Analysis via GPC (Test C, PMMA standards) showed a molecular weight M n of 166,000 g / mol and M w of 421,000 g / mol.
  • Example 2 The procedure of Example 2 was carried out analogously to Example 1. After the 30% solution had been prepared in acetone, the polymer was reacted with 2.5% by weight of 3- (2-aminoethylamino) propylamine and this solution was applied to a primed 23 ⁇ m thick PET film. After drying for 10 minutes at 120 ° C. in a drying cabinet, the mass application of the polymer was 50 g / m 2 . Test methods A and B were carried out to check the adhesive properties.
  • Example 3 The procedure of Example 2 was carried out analogously to Example 1. After the 30% solution had been prepared in acetone, the polymer was reacted with 2.5% by weight of 3- (2-aminoethylamino) propylamine and this solution was applied to a primed 23 ⁇ m thick PET film. After drying for 10 minutes at 120 ° C. in a drying cabinet, the mass application of the polymer was 50 g / m 2 . Test methods A and B were carried out to check the adhesive properties.
  • the product obtained was concentrated in a vacuum drying cabinet at 10 torr and 45 ° C. for 12 hours.
  • Analysis via GPC (Test C, PMMA standards) showed a molecular weight M n of 74,000 g / mol and M w of 123,000 g / mol.
  • the polymer was then dissolved in THF and mixed with 2% by weight of 4-methyl-m-phenylene diisocyanate, based on the polymer. This solution was applied to a primed 23 ⁇ m PET film. After drying for 15 minutes at 140 ° C. in a drying cabinet, the mass application of the polymer was 50 g / m 2 . Test methods A and B were carried out to check the adhesive properties.
  • Example 4 The procedure for producing the polymer was analogous to Example 3. The polymer was then dissolved in THF and reacted with 2% by weight of 1, 2,7,8-diepoxyoctane and 0.05% by weight of zinc chloride. This solution was applied to a primed 23 ⁇ m thick PET film. After drying for 15 minutes at 140 ° C. in a drying cabinet, the mass application of the polymer was 50 g / m 2 . Test methods A and B were carried out to check the adhesive properties.
  • This oligomeric polyacrylate was then dissolved in 300 g of 2-ethylhexyl acrylate, 60 g of methyl acrylate, 150 g of acetone and, after 1 h of inertization with nitrogen gas, again heated to an internal temperature of 58 ° C. At this temperature, 0.2 g of Vazo 64 TM (DuPont) (2,2'-azo-bis- (isobutyronitrile)) dissolved in 5 g of acetone is added. The polymerization was carried out at a constant outside temperature of 70 ° C. After a reaction time of 6 h, the mixture was diluted with 80 g of acetone.
  • Vazo 64 TM DuPont 2,2'-azo-bis- (isobutyronitrile) 2 dissolved in 5 g of acetone was again added. After 30 h, the mixture was diluted with 50 g of acetone. The polymerization was terminated by cooling to room temperature after a reaction time of 48 h. Analysis via GPC (Test C, PMMA standards) showed a molecular weight M n of 134,000 g / mol and M of 376,000 g / mol. The solvent was then removed in a drying cabinet at 60 ° C. and 10 Torr vacuum, a 30% solution in acetone was prepared and 3% by weight of adipic acid were added.
  • the solution was then applied to a primed 23 ⁇ m thick PET film. After drying for 10 minutes at 130 ° C. in a drying cabinet, the mass application of the polymer was 50 g / m 2 . Test methods A and B were carried out to check the adhesive properties.
  • This polyacrylate was then diluted to a 30% solution in acetone and mixed with 2% by weight of 4-methyl-m-phenylene diisocyanate, based on the polymer. This solution was applied to a primed 23 ⁇ m thick PET film. After drying for 15 minutes at 140 ° C in a drying cabinet, the mass application was Polymer 50 g / m 2 . Test methods A and B were carried out to check the adhesive properties.
  • Example 7 The procedure was analogous to Example 8.
  • the polymer from Example 8 was reacted with 1.5% by weight of Starburst TM (PAMAM) dendrimer generation 2.0 (20% solution in methanol), the dendrimer containing 16 amino groups and an M w of approximately 3256 g / mol.
  • PAMAM Starburst TM
  • This solution was applied to a primed 23 ⁇ m thick PET film. After drying for 15 minutes at 140 ° C. in a drying cabinet, the mass application of the polymer was 50 g / m 2 .
  • Test methods A and B were carried out to check the adhesive properties.
  • the polymer from Examples 3 and 4 was produced via a hydroxy-functionalized regulator (XVII).
  • XVII hydroxy-functionalized regulator
  • the coupling of the hydroxyl end groups in the polyacrylate then ultimately took place in Example 3 via a difunctional isocyanate.
  • a difunctional epoxide can also be used to crosslink the hydroxyl end group, this reaction preferably taking place via Lewis acid catalysis. Therefore, the coupling reaction in Example 4 was carried out with zinc chloride as a catalyst.
  • Example 5 a polyacrylate was produced using a trithiocarbonate regulator, which carries several amine end groups on both polymer chain ends.
  • the reaction was carried out with adipic acid. In this case, the coupling reaction again takes place via an acid-base reaction.
  • a functionalized controller was used in Examples 6 and 7.
  • the trithiocarbonate XX has two carboxylic acid functions which are incorporated into the polymer in the respective chain end via the polymerization mechanism.
  • Example 6 the corresponding polymer was coupled with a difunctional isocyanate.
  • a dendrimer was used for coupling, which carries 16 amine functions in the outer group. With this coupling, star polymers can be built up and also networked.
  • the inventive crosslinking method chosen makes it possible to significantly increase the pressure-sensitive adhesive compositions produced compared to the reference.

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Abstract

Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichtes von Polyacrylaten, dadurch gekennzeichnet, dass Polyacrylate, welche zumindest an einem Teil ihrer Kettenenden durch geeignete Gruppen X funktionalisiert sind, mit zumindest einer solchen Verbindung umgesetzt werden, welche zumindest zwei solche funktionellen Gruppen Y aufweist, die in der Lage sind, mit den funktionellen Gruppen X Verknüpfungsreaktionen einzugehen.

Description

tesa Aktiengesellschaft Hamburg
Beschreibung
2-Komponentenvernetzung von endfunktionalisierten Polyacrylaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichts von Poly- acrylaten und deren Derivaten, insbesondere zur Vernetzung.
Bei den Herstellern von Acrylathaftklebemassen besteht der Trend, den Anteil an Lösemittel im Herstellungsprozess zu reduzieren. Dies betrifft besonders den Beschichtungs- prozess, da hier in der Regel die Polymere aus einer 20- oder 30%-igen Lösung auf das entsprechende Trägermaterial beschichtet werden und anschließend in Trockenkanälen das Lösemittel wieder abdestilliert wird. Der Trocknungsschritt kann weiterhin durch die eingebrachte Wärme noch zur thermischen Vernetzung der Haftklebemasse genutzt werden. Möchte man nun den Lösemittelanteil reduzieren oder komplett eliminieren, so können Polyacrylathaftklebemassen aus der Schmelze beschichtet werden. Dies geschieht bei höheren Temperaturen, da ansonsten die Fließviskosität zu hoch wäre und die Masse während der Beschichtung ein extremes Rückstellverhalten aufweisen würde. Ein Beispiel für ein funktionierendes kommerzielles System stellen die UV acResins™ der BASF AG dar. Hier wurde durch die Herabsetzung des mittleren Molekulargewichtes auf unter- halb 300.000 g/mol eine geringe Fließviskosität bei Temperaturen von unterhalb 140 °C erreicht. Diese Materialien lassen sich somit leicht aus der Schmelze beschichten. Durch die Herabsetzung verschlechtern sich aber auch die klebtechnischen Eingeschaften, insbesondere die Kohäsion dieser Haftklebemassen. Prinzipiell lässt sich die Kohäsion durch UV- oder ES-Vernetzung steigern. Dennoch wird mit den UV acResins™ nicht das Kohäsionsniveau von hochmolekularen Acrylathaftklebemassen erreicht, die konventionell aus Lösung beschicht und thermisch vernetzt wurden.
Ein zentrales Problem ist die Netzbogenlänge, da Acrylatschmelzhaftkleber in der Regel niedermolekularer sind, einen geringeren Anteil an Verschlaufungen besitzen und somit stärker vernetzt werden müssen. Mit der stärken Vernetzung steigt zwar auch das Kohä- sionsniveau, dennoch wird der Abstand zwischen den einzelnen Vernetzungspunkten immer geringer. Das Netzwerk ist somit bedeutend engmaschiger und die Haftklebemasse besitzt nur noch geringe viskoelastische Eigenschaften.
Es besteht somit der Bedarf für ein Polymer, das leicht aus der Schmelze beschichtet werden kann und anschließend auf dem Trägermaterial in Filmform gezielt vernetzt wird, so dass sich bevorzugt ein lineares Polymer mit nur sehr wenigen Vernetzungsstellen bildet.
Endgruppenfunktionalisierte Polymere sind bereits seit langem bekannt. In US 4,758,626 wurden z. B. Polyester mit Carboxy-terminierten Polyacrylaten schlagzähmodifiziert. Hier wurde aber keine gezielte Endgruppen-Vernetzung beschrieben.
In US 4,699,950 werden Thiol-funktionalisierte Polymere bzw. Blockcopolymere beschrieben. Die Polymere weisen aber nur eine funktionelle Gruppe auf, die anschließend zur Polymerisation bzw. zur Reaktion genutzt wird.
In US 5,334,456 werden Maleat- oder Fumarat-funktionalisierte Polyester beschrieben. Die anschließende Vernetzung verläuft in Gegenwart von Vinylethem. Auch hier werden keine Polyacryate beschrieben.
In US 5,888,644 wird ein Verfahren zur Herstellung von Releaselacken beschrieben. Ausgangspunkt sind multifunktionelle Acrylate, die mit Polysiloxanen umgesetzt werden. Auch hier bildet sich kein definiertes Netzwerk, so dass sich dieses Verfahren auch nicht auf Acrylathaftklebemassen übertragen lässt.
In US 6,111 ,022 werden Poly(meth)acrylonitril-Polymere beschrieben, die über ATRP hergestellt wurden. Mit diesen Verfahren lassen sich auch endfunktionalisierte Polymere herstellen. Vorteilhafte Verfahren zu Herstellung von gezielt vernetzen Haftklebemassen werden aber nicht offenbart.
In US 6,143,848 werden endfunktionalisierte Polymere über einen neuen kontrollierten
Polymerisationsprozess hergestellt. Als Polymerisationsverfahren wird ein lod-Transfer-
Prozess angewandt. Polymere dieses Typs sind aber nicht sehr thermisch stabil, da lodide in der Regel mit Luft reagieren und leicht zu lod oxidiert werden. Folge davon sind starke Verfärbungen. Dies gilt insbesondere für Hotmelt-Prozesse mit hohen Temperaturen.
Keine der vorgenannten Schriften weist auf ein Verfahren hin, in dem Endgruppenfunk- tionalisierte Polyacrylate mit einer zweiten Komponente gemischt und gezielt hiermit zur Reaktion gebracht wurden, um eine lineare Polymerkette oder ein Polymernetzwerk aufzubauen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufbau des Molekulargewichtes von Polyacrylaten, insbesondere zu deren Vernetzung, aufzuzeigen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht oder nur in vermindertem Maße aufweist.
Überraschenderweise und für den Fachmann nicht vorhersehbar wird die Aufgabe gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren, wie es in den unabhängigen Anspruch sowie in den Unteransprüchen dargestellt ist.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichtes von Polyacrylaten, wobei Polyacrylate, welche zumindest an einem Teil ihrer Kettenenden durch geeignete Gruppen X funktionalisiert sind, mit zumindest einer solchen Ver- bindung umgesetzt werden, welche zumindest zwei solche funktionellen Gruppen Y aufweist, die in der Lage sind, mit den funktionellen Gruppen X Verknüpfungsreaktionen einzugehen.
Hier und im folgenden sollen unter dem allgemeinen Begriff Polyacrylate auch deren Derivate und Polymethacrylate und deren Derivate verstanden werden, weiterhin auch als Komponente (a) bezeichnet.
In einer ersten sehr vorteilhaften Verfahrensvariante handelt es sich bei den Verknüpfungsreaktionen um Additionsreaktionen. In einer zweiten sehr vorteilhaften Verfahrens- Variante findet die Verknüpfung über Substitutionsreaktionen statt. Im Sinne von Substitutionsreaktionen sind insbesondere vorteilhaft Um- und Veresterungsreaktionen zu verstehen.
In einer weiteren, ebenfalls sehr vorteilhaften Variante des Verfahrens werden die die funktionellen Gruppen X aufweisenden Polyacrylate mit einer solchen Verbindung erfin- dungsgemäß umgesetzt, welche zumindest zwei solche funktionellen Gruppen Y aufweist, die in der Lage sind, die Polyacrylate unter Nutzung der funktionellen Gruppen Y zu binden. Derartige Bindungsbildungen sind beispielsweise die Komplexbindung der Polyacrylate an zwei Koordinationszentren, in diesem Sinne sollen auch funktioneile Zentren als funktionelle Gruppen verstanden werden.
Die jeweilige funktionellen Gruppen X und Y befinden sich bei den jeweiligen Verbindungen an deren Kettenenden und werden daher im folgenden auch als funktioneile Endgruppen bezeichnet.
Die funktionellen Gruppen Y enthaltenden Verbindungen werden im weiteren auch als Verknüpfungsverbindungen und als Komponente (b) bezeichnet.
Sehr vorteilhaft weisen die mit den Gruppen X funktionalisierten Polyacrylate ein mittleres Molekulargewicht (Zahlenmittel) Mn im Bereich von 2.000 g/mol bis 1.000.000 g/mol auf. Hiermit ist das Verfahren insbesondere zum Aufbau oder zur Vernetzung von Poly- acrylathaftklebemassen geeignet.
Unter Erhöhung des Molekulargewichtes wird im Sinne der erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere eine Vernetzung verstanden, weiterhin aber auch der Aufbau höhermolekularer (langkettigerer) Moleküle. Das Verfahren erlaubt somit den Aufbau höhermolekularer Verbindungen aus den geringermolekularen Komponenten, wobei in einer für das erfindungsgemäße Verfahren besonders bevorzugten Variante die Komponenten (also die die funktionellen Gruppen X aufweisenden Polyacrylate und die die funktionellen Gruppen Y aufweisenden Verknüpfungsverbindungen) linear miteinander verknüpft werden. Somit können beispielsweise höhermolekulare alternierende Blockcopolymere aus den niedermolekularen Komponenten aufgebaut werden, besonders vorteilhaft derart, dass die Blöcke jeweils einem der Bausteine entsprechen. Verknüpft werden können aber auch bereits als Blockcopolymer vorliegende Verbindungen.
Eine weitere besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst den Aufbau von vernetzten Strukturen aus den Polyacrylaten und den Verknüp- fungsverbindungen. In diesem Fall ist es sehr vorteilhaft, wenn zumindest eine der beiden Komponenten (Polyacrylate und/oder Verknüpfungsverbindungen) zumindest drei funktionelle endständige Gruppen besitzen.
Vorteilhaft im erfindungsgemäßen Sinne ist es somit, wenn die die funktionellen Gruppen X aufweisenden Polyacrylate und/oder die die funktionellen Gruppen Y aufweisenden Verknüpfungsverbindungen zumindest eine, gegebenenfalls bevorzugt mehrere Kettenverzweigungen aufweisen, so dass mehr als zwei Kettenenden vorhanden sind. Weiter vorteilhaft weist zumindest eine der beiden Komponenten dann drei oder mehr funktionelle Gruppen Y auf. Die Netzwerkdichte kann weiter gesteigert werden, indem beide Komponenten zumindest drei oder mehr endständige funktionelle Gruppen tragen. Mit steigender Funktionalität nimmt ebenfalls die Tendenz zur Netzwerkbildung zu. Dies gilt auch dann, wenn nur von einer der Komponenten die Anzahl der Funktionalitäten steigt.
Zur Erzielung bestimmter gewünschter Verknüpfungsergebnisse können di-, tri- und/oder multifunktionelle Polyacrylate mit di-, tri- und/oder multifunktionellen Verknüpfungsverbindungen gemischt und zur Reaktion gebracht werden.
Das Mischungsverhältnis der Polyacrylate und der Verknüpfungsverbindungen kann frei gewählt werden, je nach zu erzielender Eigenschaft des verknüpften Polymers. Vorteilhaft entspricht die Menge der funktionellen Gruppen X im wesentlichen derjenigen der funktionellen Gruppen Y.
Das molare Verhältnis nγ/nx der Zahl nγ der funktionellen Gruppen Y der Verknüpfungsverbindung zu der Zahl nx der funktionellen Gruppen X der Polyacrylate liegt jeweils bevorzugt in einem Größenbereich zwischen 0,8 und 1 ,2 liegt, sehr bevorzugt zwischen 0,8 und 1.
Auf folgenden Reaktionen soll in diesem Zusammenhang exemplarisch besonders bevorzugt hingewiesen werden, die Liste ist jedoch nicht abschließend und soll lediglich dazu dienen, das erfinderische Verfahren anhand einiger beispielhafter Verknüpfungsreaktionen näher zu erläutern:
Polymerseitige Gruppe X der Gruppe Y der Komponente (b)
Komponente (a)
Anhydrid- Hydroxy-, Alkoxy-, Mercapto-, Thiol-, Isocyanat-, Amino-, Oxazol-, ...
Säure- Hydroxy-
Ester- Amino-
Hydroxy- Isocyanat-
Säure-
Hydroxy-, Alkoxy-, Mercapto-, Thiol-, Anhydrid-
Isocyanat-, Amino-, Oxazol-, ...
Hydroxy- Säure-
Amino- Ester-
Isocyanat- Hydroxy- Säure-
Die obengenannten Reaktionen verlaufen über Addition oder Substitutionsreaktionen und werden in der Regel thermisch initiiert.
In den obengenannten exemplarischen Beispiele sind alle Verknüpfungsstellen bezüglich ihrer chemischen Natur nicht näher charakterisiert. Die chemische Natur ergibt sich zwangsläufig - wie es dem Fachmann auch geläufig ist - aus den unterschiedlichen Reaktionspartnern X und Y. Auf eine genaue Beschreibung der Verknüpfungsstellen wird daher verzichtet. Die wesentlichen organischen Reaktionen sind z.B. Advanced Organic Chemistry, Reactions , Mechanisms and Structure, von Jerry March, Wiley Interscience 1992, zu entnehmen.
Polyacrylate mit funktionellen Gruppen X
In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich lineare Polyacrylate mit jeweils einer endständigen funktionellen Gruppe X an den Kettenenden einsetzen. In einer weiteren bevorzugten Auslegung werden in dem erfinderischen Verfahren verzweigte, dendritische oder sternförmige Polyacrylate eingesetzt. Auch diese Polymere besitzen zumindest zwei funktionelle Endgruppen X. In einer bevorzugten Aus- legung entspricht die Anzahl der endständigen funktionellen Gruppen X der Anzahl der Ketten- bzw. Seitenkettenenden bzw. der Arme eines Sternpolymers. Weiterhin kann auch jedes lineare, verzeigte, dendritische oder sternförmige Poly(meth)acrylat mehrere Endgruppen X an dem jeweiligen Kettenende tragen.
Im allgemeinen steigert eine größere Anzahl der funktionellen Gruppen X die Reaktivität der endfunktionalisierten Polyacrylate.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante werden als Polyacrylate zu mindestens 50 Gew.-% Acrylsäure- und/oder Methacrylsäurederivate der allgemeinen Struktur
CH2=CH(R1)(COOR2)
eingesetzt, wobei R1 = H oder CH3 und R2 = H oder lineare, verzweigte oder ringförmige, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 30, insbesondere mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt.
Es ist es von Vorteil, wenn die endfunktionalisierten Polyacrylate eine statische Glasübergangstemperatur von - 100°C bis + 25°C aufweisen. Für die Herstellung Hitze-aktivierbarer Haftklebemassen ist es weiter vorteilhaft, die statische Glasübergangstemperatur weiter heraufzusetzen (bevorzugt bis zu +175°C).
Zur Herstellung der Polyacrylate werden die Monomere dermaßen gewählt, dass die resultierenden Polymere bei Raumtemperatur oder höheren Temperaturen als Haftklebemassen eingesetzt werden können, insbesondere derart, dass die resultierenden Polymere haftklebende Eigenschaften entsprechend des „Handbook of Pressure Sensi- tive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, New York 1989) besitzen. Zur Erzielung einer bevorzugten Glasübergangstemperatur TG der Polymere von TG ≤ 25 °C werden entsprechend dem vorstehend gesagten die Monomere sehr bevorzugt derart ausgesucht und die mengenmäßige Zusammensetzung der Monomermischung vorteilhaft derart gewählt, dass sich nach der Fox-Gleichung (G1) (vgl. T.G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1 (1956) 123) der gewünschte TG-Wert für das Polymer ergibt.
τ„ - τ ' ß I (G1) G,n Hierin repräsentiert n die Laufzahl über die eingesetzten Monomere, wn den Massenanteil des jeweiligen Monomers n (Gew.-%) und TG n die jeweilige Glasübergangstemperatur des Homopolymers aus den jeweiligen Monomeren n in K.
Bevorzugt werden Acryl- und Methacrylsäureester mit Alkylgruppen bestehend aus 4 bis 14 C-Atomen, bevorzugt 4 bis 9 C-Atomen eingesetzt. Spezifische Beispiele, ohne sich durch diese Aufzählung einschränken zu wollen, sind Methlacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, n-Pentylacrylat, n-Hexylacrylat, n-Heptyl- acrylat, n-Octylacrylat, n-Octylmethacrylat, n-Nonylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, Behenylacrylat, und deren verzweigten Isomere, wie z.B. Isobutylacrylat, 2-Ethylhexyl- acrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Isooctylacrylat, Isooctylmethacrylat. Weitere einzusetzende Verbindungsklassen sind monofunktionelle Acrylate bzw. Meth- acrylate von überbrückten Cycloalkylalkoholen, bestehend aus zumindestens 6 C-Atomen. Die Cycloalkylalkoholen können auch substituiert sein, z.B. durch C1-6 alkyl, Halo- gen oder Cyano. Spezifische Beispiele sind Cyclohexylmethacrylate, Isobornylacrylat, Isobornylmethacrylate und 3,5-Dimethyladamantylacrylat.
Weiterhin wird in einer für das Verfahren sehr vorteilhaften Vorgehensweise auf Vinylver- bindungen verzichtet, welche funktionelle Gruppen enthalten, die die Kopplungs- bzw. Vernetzungsreaktion der funktionellen Gruppen X und Y miteinander negativ beeinflussen.
Weiterhin können optional als Monomere im Sinne der Definition Vinylmonomere aus den folgenden Gruppen eingesetzt werden: Vinylester, Vinylether, Vinylhalogenide, Vinyl- idenhalogenide, sowie Vinylverbindungen, die aromatische Zyklen und Heterozyklen in α-Stellung enthalten. Auch hier seien beispielhaft ausgewählte erfindungsgemäß einsetzbare Monomere genannt: Vinylacetat, Vinylformamid, Vinylpyridin, Ethylvinylether, 2- Ethylhexylvinylether, Butylvinylether, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylnitril.
Vorteilhaft werden Monomere eingesetzt, die polare Gruppen wie Carboxyl, Sulfon- und Phosphonsäure, Hydroxy-, Lactam und Lacton, N-substituiertes Amid, N-substituiertes Amin, Carbamat-, Epoxy-, Thiol-, Ether, Alkoxy-. Cyan- oder ähnliches tragen.
Moderate basische Monomere sind z.B. N,N-Dialkyl substituierte Amide, wie z.B. N,N-
Dimethylacrylamid, N,N-Dimethylmethylmethacrylamid, N-tert.-Butylacrylamid, N-Vinyl- pyrrolidon, N-Vinyllactam, Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylacrylat, N-Methylolmethacrylamid, N- (Buthoxymethyl)methacrylamid, N-Methylolacrylamid, N-(Ethoxymethyl)acrylamid, N- Isopropylacrylamid, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Als weitere bevorzugte Beispiele für vinylgruppenhaltige Monomere im Sinne der Definition eignen sich weiterhin Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxyethylmeth- acrylat, Hydroxypropylmethacrylat, n-Methylolacrylamid, Allylalkohol, Styrol, funktionaii- sierte Styrolverbindungen, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid, Itaconsäure, Ben- zoinacrylat, acryliertes Benzophenon, Acrylamid und Glycidylmethacrylat, um nur einige zu nennen.
Weiterhin werden vorteilhaft Photoinitiatoren mit einer copolymerisierbaren Doppelbindung eingesetzt. Als Photoinitiatoren sind Norrish I und II Photoinitiatoren geeignet. Beispiele sind z.B. Benzoinacrylat und ein acryliertes Benzophenon der Fa. UCB (Ebecryl P 36®). Im Prinzip können alle dem Fachmann bekannten Photoinitiatoren copolymerisiert werden, die das Polymer über einen Radikalmechnismus unter UV-Bestrahlung vernetzen können. Ein Überblick über mögliche einsetzbare Photoinitiatoren, die mit einer Doppelbindung funktionalisiert werden können, wird in Fouassier: „Photoinititation, Pho- topolymerization and Photocuring: Fundamentals and Applications", Hanser-Verlag, München 1995, gegeben. Ergänzend kann Carroy et al. in „Chemistry and Technology of UV and EB Formulation for Coatings, Inks and Paints", Oldring (Hrsg.), 1994, SITA, London, gegeben.
Weiter bevorzugt werden zu den beschriebenen Monomeren Comonomere hinzugesetzt, die eine hohe statische Glasübergangstemperatur besitzen. Hier eignen sich aromatische Vinylverbindungen, wie z.B. Styrol, wobei bevorzugt die aromatischen Kerne aus C4- bis C13-Bausteinen bestehen und auch Heteroatome enthalten können. Besonders bevorzugte Beispiele sind 4-Vinylpyridin, N-Vinylphthalimid, Methylstyrol, 3,4-Dimethoxystyrol, 4-Vinylbenzoesäure, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, Phenylacrylat, Phenylmethacry- lat, t-Butylphenylacrylat, t-Butylphenylmethacrylat, 4-Biphenylacrylat und methacrylat, 2- Naphthylacrylat und -methacrylat sowie Mischungen aus denjenigen Monomeren.
Vorteilhaft können eine oder mehrere funktionelle Gruppen eingebaut sein, die eine strahlenchemische Vernetzung der Polymere insbesondere mittels UV-Bestrahlung oder durch Bestrahlung mit schnellen Elektronen erlauben. Als Monomereinheiten können mit dieser Zielsetzung insbesondere Acrylester genutzt werden, welche einen ungesättigten Alkylrest mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen enthalten, der mindestens eine Kohlenstoff- Kohlenstoff-Doppelbindung enthält. Für mit Doppelbindungen modifizierte Acrylate eignen sich besonders vorteilhaft Allylacrylat und acrylierte Zimtsäureester. Neben Acryl- monomeren lassen sich sehr vorteilhaft als Monomere für den Polymerblock auch Vinyl- Verbindungen mit während der (radikalischen) Polymerisation nicht reaktiven Doppelbindungen einsetzen. Besonders bevorzugte Beispiele für entsprechende Comonomere sind Isopren und/oder Butadien, aber auch Chloropren.
In einer weiteren Verfahrensvariante enthalten die Polyacrylate ein oder mehrere aufge- pfropfte Seitenketten. Dabei können solche Systeme sowohl durch einen graft-from- (Aufpolymerisation einer Seitenketten ausgehend von einem bestehenden Polymerrückgrat) als auch durch einen gra/ϊ-to-Prozeß (Anbindung von Polymerketten an ein Polymerrückgrat über polymeranaloge Reaktionen) erhalten werden. Insbesondere zur Herstellung solcher mit Seitenketten versehenen Polymere können als Monomere derartig funktionalisierte Monomere eingesetzt werden, die einen graft-from- Prozeß zum Aufpfropfen von Seitenketten ermöglichen.
Ein bevorzugtes Charakteristikum der endfunktionalisierten Polyacrylate ist, dass ihr Molekulargewicht Mn zwischen ca. 2.000 und ca. 1.000.000 g/mol, bevorzugt zwischen 30.000 und 400.000 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 50.000 g/mol und 300.000 g/mol liegt. Die Polydispersität des Polymers, gegeben durch den Quotienten aus Massenmittel Mw und Zahlenmittel Mn der Molmassenverteilung, liegt bevorzugt bei kleiner 3.
Allgemein ist die Reaktivität niedermolekularer endfunktionalisierter Polyacrylate höher, so dass diese bevorzugt zur Reaktion eingesetzt werden.
Zur Herstellung der endfunktionalisierten Polyacrylate können prinzipiell alle kontrolliert oder lebend verlaufenden Polymerisationen eingesetzt werden, ebenso auch Kombinationen verschiedener kontrollierter Polymerisationsverfahren. Hierbei seien z. B., ohne den Anspruch auf Vollständigkeit zu besitzen, neben der anionischen Polymerisation die ATRP, GTRP (Group Transfer Radical Polymerization) die Nitroxid/TEMPO- kontrollierte Polymerisation oder mehr bevorzugt der RAFT-Prozess genannt, also insbesondere solche Verfahren, die eine Kontrolle der Blocklängen, der Polymerarchitektur erlauben und zusätzlich eine funktionelle Gruppe in das Polyacrylat einbringen. Weiterhin sind auch konventionelle freie radikalische Polymerisationen denkbar, wenn der Initiator zumindest eine funktionelle Gruppe trägt und diese auch nach der Initiierung im Polymer verbleibt. Zur Herstellung der endfunktionalisierten Polyacrylate können unterschiedliche Technologien eingesetzt werden. Die Polymere können neben der anionischen Polymerisation, auch in Emulsions- oder Perlpolymerisation, Lösungsmittelpolymerisationen, Druckpoly- merisationen, oder auch Substanzpolymerisationen hergestellt werden.
Radikalische Polymerisationen können in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels oder in Gegenwart von Wasser oder in Gemischen aus organischen Lösungsmitteln und/oder organischer Lösungsmittel mit Wasser oder in Substanz durchgeführt werden. Bevorzugt wird so wenig Lösungsmittel wie möglich eingesetzt. Die Polymerisationszeit für radikalische Prozesse beträgt - je nach Umsatz und Temperatur - typischerweise zwischen 2 und 72 h.
Bei der Lösungsmittelpolymerisation werden als Lösemittel vorzugsweise Ester gesättig- ter Carbonsäuren (wie Ethylacetat), aliphatische Kohlenwasserstoffe (wie n-Hexan, n- Heptan oder Cyclohexan), Ketone (wie Aceton oder Methylethylketon), Siedegrenzenbenzin, aromatische Lösungsmittel wie Toluol oder Xylol oder Gemische vorgenannter Lösungsmittel verwendet. Für die Polymerisation in wäßrigen Medien beziehungsweise Gemischen aus organischen und wäßrigen Lösungsmitteln werden zur Polymerisation bevorzugt Emulgatoren und Stabilisatoren zugesetzt. Als Polymerisationsinitiatoren werden für die kontrollierten radikalischen Polymerisationen vorteilhaft übliche radikalbildende Verbindungen wie beispielsweise Peroxide, Azoverbindungen und Peroxosulfate eingesetzt. Auch Initiatorengemische eignen sich hervorragend.
Zur Synthese der Polyacrylate lassen sich Nitroxid-kontrollierte Polymerisationsverfahren verwenden. Für die bevorzugten difunktionellen Polyacrylate werden bevorzugt difunkti- onelle Initiatoren eingesetzt. Ein Beispiel hierfür sind difunktionelle Alkoxyamine (I).
(l) wobei R1*, R2*, R3*, R4* verschieden, gleich oder chemisch miteinander verbunden sein können und die Paare R1* und R2* sowie R3* und R4* jeweils mindestens eine Gruppe X enthalten oder eine funktionelle Gruppe besitzen, die durch eine chemische Reaktion in X umgewandelt werden kann. R1* bis R4* werden bevorzugt unabhängig voneinander gewählt als: i) Halogenide, wie z.B. Chlor, Brom oder lod ii) lineare, verzweigte, cyclische und heterocyclische Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 20
Kohlenstoffatomen, die gesättigt, ungesättigt oder aromatisch sein können, iii) Ester -COOR5*, Alkoxide -OR6* und/oder Phosphonate -PO(OR7*)2) wobei R5*, R6* und R7* für Reste aus der Gruppe ii) stehen, iv) Reste aus ii) wobei zusätzlich mindestens eine Hydroxyfunktion oder
Silyletherfunktion enthalten ist.
Zur Herstellung der endfunktionalisierten Polyacrylate durch Nitroxid-kontrollierte Polymerisation können auch weitere unterschiedliche Alkoxyamine eingesetzt werden. Vom Synthesekonzept kann der Mittelblock, der nach der Initiierung durch Wärme, Wärmestrahlung oder actinische Strahlung zwei Radikale bildet, noch weiter modifiziert oder variiert werden. Dem Fachmann sind verschiedene chemische Strukturen bekannt. Vor- raussetzung ist, dass mindestens 2 Radikale gebildet werden, die durch Nitroxide stabilisiert werden, welche mindestens eine funktionelle Gruppe X tragen oder eine Gruppe beinhalten, die durch eine chemische Reaktion in X überführt wird.
Zur Radikalstabilisierung werden in günstiger Vorgehensweise Nitroxide des Typs (II) oder (III) eingesetzt:
0 (Hl)
wobei R1#, R2#, R3#, R4 , R5#, R6#, R7 , R8 unabhängig voneinander folgende Verbindun- gen oder Atome bedeuten und bevorzugt zumindest einer der Reste R1# bis R6# bzw. R7# und/oder R8# zumindest eine Gruppe X tragen oder eine Gruppe enthalten, die in die gewünschte Gruppe X durch eine chemische Reaktion überführt werden kann. R1# bis R8# werden bevorzugt unabhängig voneinander gewählt als: i) Halogenide, wie z.B. Chlor, Brom oder lod ii) lineare, verzweigte, cyclische und heterocyclische Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gesättigt, ungesättigt oder aromatisch sein können, iii) Ester -COOR9#, Alkoxide -OR10# und/oder Phosphonate -PO(OR11 )2, wobei R9#, R10# und R11# für Reste aus der Gruppe ii) stehen, iv) Reste aus der Gruppe ii), wobei zusätzlich mindestens eine Hydroxyfunktion oder Silyletherfunktion enthalten ist.
Verbindungen der obengenannten Typen (II) oder (III) können auch an Polymerketten jeglicher Art gebunden sein (vorrangig in dem Sinne, dass zumindest einer der oben genannten Reste eine derartige Polymerkette darstellt) und somit z.B. zum Aufbau von endfunktionalisierten Polymeren als Makroradikale oder Makroregler genutzt werden.
Weitere generelle Nitroxid-kontrollierte Verfahren zur Durchführung kontrollierter radikalischer Polymerisationen werden im folgenden beschrieben. US 4,581 ,429 A offenbart ein kontrolliert radikalisches Polymerisationsverfahren, das als Initiator eine Verbindung der Formel R'R"N-O-Y anwendet, worin Y eine freie radikalische Spezies ist, die unge- sättigte Monomere polymerisieren kann. WO 98/13392 A1 beschreibt offenkettige Alk- oxyaminverbindungen, die ein symmetrisches Substitutionsmuster aufweisen. EP 735 052 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Elastomere mit engen Molmassenverteilungen. WO 96/24620 A1 beschreibt ein Polymerisationsverfahren, bei dem sehr spezielle Radikalverbindungen wie z. B. phosphorhaltige Nitroxide, die auf Imidazolidin basieren, eingesetzt werden. WO 98/44008 A1 offenbart spezielle Nitroxyle, die auf Morpholinen, Piperazinonen und Piperazindionen basieren. DE 199 49 352 A1 beschreibt heterozyklische Alkoxyamine als Regulatoren in kontrolliert radikalischen Polymerisationen. Entsprechende Weiterentwicklungen der Alkoxyamine bzw. der korrespondierenden freien Nitroxide verbessern die Effizienz zur Herstellung von Polyacry- laten (Hawker, Beitrag zur Hauptversammlung der American Chemical Society, Frühjahr 1997; Husemann, Beitrag zum IUPAC World-Polymer Meeting 1998, Gold Coast). Alle obengenannte Verfahren können durch Einführung einer oder mehrerer funktioneller Gruppen X am stabilisierenden Nitroxid-Radikal und/oder am Polymerisationsinitieren- den Radikal zur Herstellung Endgruppenfunktionalisierter Polyacrylate herangezogen werden. Als weitere kontrollierte Polymerisationsmethode läßt sich in vorteilhafter Weise zur Synthese der Blockcopolymere die Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) einsetzen, wobei als Initiator bevorzugt mono- oder difunktionelle sekundäre oder tertiäre Halogenide und zur Abstraktion des(r) Halogenids(e) Cu-, Ni-, Fe-, Pd-, Pt-, Ru-, Os-, Rh-, Co-, Ir-, Ag- oder Au-Komplexe (EP 0 824 111 A1 ; EP 826 698 A1 ; EP 824 110 A1 ; EP 841 346 A1 ; EP 850 957 A1) eingesetzt werden. Die unterschiedlichen Möglichkeiten der ATRP sind ferner in den Schriften US 5,945,491 A, US 5,854,364 A und US 5,789,487 A beschrieben. Zur Herstellung der endfunktionalisierten Polyacrylate sollte das entsprechende sekundäre oder tertiäre Halogenid bereits die gewünschte funktio- neue Gruppe X tragen. Weiterhin verbleiben durch das Polymerisationsverfahren als Endgruppen Halogenide im Polymer, die ebenfalls durch Substitutionsreaktionen in die entsprechenden funktionellen Gruppen X überführt werden können. Zur Herstellung von Multiblock- oder sternförmigen Strukturen lässt sich nach dem in Macromolecules 1999, 32, 231-234 beschriebenen Konzept vorgehen. Dort werden multifunktionelle Halogenide zur Polymerisation eingesetzt, die dann in einer Substitutionsreaktion noch polymeranalog zu der(n) gewünschten funktionelle(n) Gruppe(n) X umgesetzt werden müssen.
Weiterhin vorteilhaft kann es für das erfindungsgemäße Verfahren sein, Endgruppen- modifizierte Polyacrylate über eine anionische Polymerisation herzustellen. Hier werden als Reaktionsmedium bevorzugt inerte Lösungsmittel verwendet, wie z.B. aliphatische und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, oder auch aromatische Kohlenwasserstoffe.
Das lebende Polymer wird im allgemeinen durch die Struktur P (A)-Me repräsentiert, wobei Me ein Metall der Gruppe I, wie z.B. Lithium, Natrium oder Kalium, und PL(A) ein wachsender Polymerblock aus den Monomeren A. Die Molmasse des herzustellenden Endgruppen-modifizierten Poly(meth)acrylat wird durch das Verhältnis von Initiatorkonzentration zu Monomerkonzentration vorgegeben. Zum Aufbau des Polymers werden bevorzugt Acrylat und Methacrylatmonomere eingesetzt, die den anionischen Polymerisationsverlauf nicht negativ beeinflussen oder sogar komplett abbrechen lassen. Zur Herstellung von blockartigen endfunktionalisierten Polyacrylaten kann es von Vorteil sein Monomere für den Aufbau eines Polymerblocks hinzugegeben und dann anschließend durch Zugabe eines zweiten Monomers einen weiteren Polymerblock anzuknüpfen. Alternativ können auch geeignete difunktionelle Verbindung verknüpft werden. Auf diesem Weg sind auch Stemblockcopolymere (P(B)-P(A))n zugänglich. Für diese Fälle sollte der anionische Initiator aber bereits die funktionelle Gruppe tragen oder sie sollte durch eine anschließende polymeranaloge Reaktion zugänglich sein. Als geeignete Polymerisationsinitiatoren für generelle anionische Polymerisationen eignen sich z. B. n-Propyllithium, n-Butyllithium, sec-Butyllithium, 2-Naphthyllithium, Cyclo- hexyllithium oder Octyllithium, wobei diese Aufzählung nicht den Anspruch auf Vollständigkeit besitzt. Ferner sind Initiatoren auf Basis von Samarium-Komplexen zur Polymerisation von Acrylaten bekannt (Macromolecules, 1995, 28, 7886) und hier einsetzbar. Bei diesen Initiatoren gilt es aber zu beachten, dass auf diesem Wege nur monoendgrup- penfunktionelle Polyacrylate zugänglich sind, indem die entsprechenden anionischen Polymerisation abgebrochen werden. Zur Herstellung von Carboxygruppen kann dies z.B. durch CO2 mit anschließender Hydrolyse geschehen, zur Herstellung von Hydroxy- gruppen z.B. durch Umsetzung mit Ethylenoxid und anschließender Hydrolyse.
Zur Herstellung der Komponente (a) durch anionische Polymerisation lassen sich auch difunktionelle Initiatoren einsetzen, wie beispielsweise 1 , 1 ,4,4-Tetraphenyl-1 ,4-dilit io- butan oder 1 ,1 ,4,4-Tetraphenyl-1 ,4-dilithioisobutan. Coinitiatoren lassen sich ebenfalls einsetzen. Geeignete Coinitiatoren sind unter anderem Lithiumhalogenide, Alkalimetallalkoxide oder Alkylaluminium-Verbindungen. In einer sehr bevorzugten Version sind die Liganden und Coinitiatoren so gewählt, daß Acrylatmonomere, wie z.B. n-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, direkt polymerisiert werden können und nicht im Polymer durch eine Umesterung mit dem entsprechenden Alkohol generiert werden müssen. Zur Generierung der Endfunktionalitäten werden diese anionischen Polymerisationen dermaßen abgebrochen, dass zumindestens eine funktionelle Gruppe am Kettenende generiert wird. Zur Herstellung von z.B. Hydroxygruppen wird im einfachsten Fall mit Ethylenoxid abgefangen und anschließend hydrolysiert.
Alternativ können zur Herstellung von endfunktionalisierten Polyacrylaten durch anionische Polymerisation difunktionelle Initiatoren eingesetzt werden, die bereits zumindestens eine funktionelle Gruppe im Polymer beinhalten und diese den anionischen Polymerisationsprozess nicht behindert. Letztendlich kann auch durch eine polymeranaloge Reaktion zumindestens eine endfunktionelle Gruppe am Poly(meth)acrylat freigesetzt werden.
Als ein sehr bevorzugter Herstellprozess wird eine Variante der RAFT-Polymerisation (reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization) durchgeführt. Der Polymerisationsprozess ist z. B. in den Schriften WO 98/01478 A1 und WO 99/31144 A1 ausführlich beschrieben. Zur Herstellung von endfunktionalisierten Polyacrylaten eignen sich besonders vorteilhaft Trithiocarbonate der allgemeinen Struktur R'"-S-C(S)-S-R'" (Macromolecules 2000, 33, 243-245), mittels derer ein oder mehrere Monomere (Acry- late/Methacrylate) polymerisiert werden und Teile des Reglers als Endgruppen im Polymer verbleiben. Somit kann im einfachsten Fall das Trithiocarbonat aus einer Verbindung bestehen, wobei R'" eine funktionelle Gruppe X enthält oder eine funktionelle Gruppe, die durch eine chemische Reaktion in eine funktionelle Gruppe X umgewandelt werden kann. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, eine zweistufige Polymerisation durchzuführen. In einem ersten Schritt werden mit einem Trithiocarbonat Monomere polymerisiert, die zumindestens eine funktionelle Gruppe X enthalten um dann in einem zweiten Schritt die (Meth)acrylate zu polymerisieren. Die Polymerisation kann kontinuierlich erfolgen oder mit Abbruch nach der 1. Stufe sowie folgender Reinitiierung. Letztere Methode eignet sich besonders zur Herstellung von endfunktionalisierten Polyacrylaten mit mehreren funktionellen Gruppen X an jedem Ende.
In einer für diese Variante bevorzugten Auslegung werden beispielsweise die Trithiocarbonate (IV) und (V) zur Polymerisation eingesetzt, wobei Φ ein Phenylring, der unfunk- tionalisiert oder durch Alkyl- oder Arylsubstituenten, die direkt oder über Ester- oder Etherbrücken verknüpft sind, funktionalisiert sein kann, oder eine Cyanogruppe sein kann.
Zur Förderung der Polymerisation, der Kontrolle sowie der Polymerisationsgeschwindigkeit kann es von Vorteil sein, substituierte Verbindungen einzusetzen. Funktionalisierungen können beispielsweise Halogene, Hydroxygruppen, Epoxidgruppen, Stickstoff- oder schwefelenthaltende Gruppen sein, ohne dass diese Liste Anspruch auf Vollständigkeit erhebt. Ein Teil dieser Gruppen kann wiederum als funktionelle Gruppe X genutzt werden.
(IV) (V) Neben Trithiocarbonaten können aber auch die folgenden Strukturelemente zur kontrollierten Polymerisation eingesetzt werden, wobei K wie untenstehend definiert ist:
(VI) (VII)
Zur Herstellung von endfunktionalisierten Polyacrylaten mit wenigen oder nur einer Gruppe X kann es dagegen von Vorteil sein, endfunktionalisierte Trithiocarbonate einzusetzen. In einer besonders bevorzugten Auslegung werden z.B. Trithiocarbonate des Typs VIII und IX eingesetzt.
(VI III) (IX)
(X) (XI)
Die Gruppe X sollte die kontrollierte radikalische Polymerisation nicht beeinflussen. Weiterhin ist die Gruppe K sehr variabel, um die Kontrolle der Polymerisation zu verbessern oder die Polymerisationsgeschwindigkeit zu verändern, kann sein C bis Cι8-Alkyl, C2- bis C18 Alkenyl, C2- bis C18-Alkinyl, jeweils linear oder verzweigt; Aryl-, Phenyl-, Benzyl-, aliphatische und aromatische Heterozyklen. Weiterhin kann K als eine oder mehrere Gruppen -NH2, -NH-R I, -NRVIRV", -NH-C(O)-Rvl, -NRvl-C(O)-Rv", -NH-C(S)-RVI,
NRVI-C(S)-R VII C(O)R ,vι C(S)R ,vι C(O)R ,vι
N -N N
,vιι
C(O)R VII C(S)R VII C(S)R
wobei R und Rv" wiederum Verbindungen des Typs C bis C18-Alkyl, C2- bis C18 Alke- nyl, C2- bis C18-Alkinyl, jeweils linear oder verzweigt; Aryl-, Phenyl-, Benzyl-, aliphatische und aromatische Heterozyklen sein können und unabhängig voneinander sind oder gleich, enthalten.
Es können aber auch Regler eingesetzt werden, die funktionalisierte Dithioester Gruppen am Ende tragen und diese am Polymerende einbauen. Regler dieser Art können im einfachsten Fall die Struktur XII aufweisen.
(XII) Die funktionelle Gruppe sollte aber in diesem Fall nicht den Polymerisationsprozess beeinflussen, sondern an den Schwefelatomen verbleiben, damit diese Gruppe am Polymerkettenende eingebaut wird. Weiterhin kann die dibenzylische Gruppe weiter modifi- ziert und angepasst werden, um das Polymerisationsverhalten weiter zu verbessern. Hier sei nur exemplarisch auf die Patente WO 98/01478 A1 und WO 99/31 144 A1 hingewiesen.
In Verbindung mit den obengenannten kontrolliert radikalisch verlaufenden Polymerisa- tionen werden Initiatorsysteme bevorzugt, die zusätzlich weitere radikalische Initiatoren zur Polymerisation enthalten, insbesondere thermisch zerfallende radikalbildende Azo- oder Peroxoinitiatoren. Prinzipiell eignen sich hierfür jedoch alle für Acrylate bekannten üblichen Initiatoren. Die Produktion von C-zentrierten Radikalen ist im Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Vol. E19a, S. 60ff beschrieben. Diese Methoden werden in bevorzugter Weise angewendet. Beispiele für Radikalquellen sind Peroxide, Hydroperoxide und Azoverbindungen. Als einige nicht ausschließliche Beispiele für typische Radikalinitiatoren seinen hier genannt: Kaliumperoxodisulfat, Dibenzoylperoxid, Cumolhydroperoxid, Cyclohexanonperoxid, Cyclohexylsulfonylacetylperoxid, Di-tert- butylperoxid, Azodiisobutyronitril, Diisopropylpercarbonat, tert-Butylperoctoat, Benzpina- col. In einer sehr bevorzugten Variante wird als radikalischer Initiator 1 , 1 '-Azo-bis-(cyclo- hexylnitril) (Vazo 88®, DuPont®) oder 2,2-Azo-bis-(2-methylbutannitril) (Vazo 67®, DuPont®) verwendet. Weiterhin können auch Radikalquellen verwendet werden, die erst unter UV-Bestrahlung Radikale freisetzen.
Diese Initiatoren sind aber auch für die anderen kontrolliert verlaufenden radikalischen Polymerisationsmethoden geeignet.
Beim konventionellen RAFT-Prozess wird zumeist nur bis zu geringen Umsätzen polymerisiert (WO 98/01478 A1), um möglichst enge Molekulargewichtsverteilungen zu realisieren. Durch die geringen Umsätze lassen sich diese Polymere aber nicht als Haftklebemassen und insbesondere nicht als Schmelzhaftkleber einsetzen, da der hohe Anteil an Restmonomeren die klebtechnischen Eigenschaften negativ beeinflußt, die Restrnono- mere im Aufkonzentrationsprozeß das Lösemittelrecyclat verunreinigen und die entsprechenden Selbstklebebänder ein sehr hohes Ausgasungsverhalten zeigen würden. Um diesen Nachteil niedriger Umsätze zu umgehen, wird in einer besonders bevorzugten Auslegung die Polymerisation mehrfach initiiert.
Zur Herstellung von mehrarmigen, sternförmigen oder dendritischen endfunktionalisierten Polyacrylaten lassen sich ebenfalls die oben beschriebenen Polymerisationsverfahren einsetzen. Durch Modifikation der initiierenden Verbindung oder des Reglers sind solche Verbindungen leicht zugänglich. Die folgenden Strukturen zeigen exemplarisch geeignete Verbindungen, wobei die Verbindung XIII eine geeignete Substanz zur Herstellung eines 12-arm Polyacrylates via ATRP Technik ist, die Verbindung XIV zur Herstellung eines 6- arm Polyacrylates via RAFT Technik ist und die Verbindung XV zur Herstellung eines 3- arm Polyacrylates via Nitroxid-gesteuerter Reaktion ist.
(XIII)
(XIV)
(XV)
Die oben genannten Beispiele sollen nur exemplarischer Natur sein. Polyacrylate hergestellt aus Verbindung XIII lassen sich z.B. durch Umsetzung (Substitutionsreaktion) der endständigen Bromide in geeignete Endgruppenfunktionalisierte Polyacrylate umsetzen. Polyacrylate hergestellt aus Verbindung XIV besitzen bereits pro Polymerarm eine funktionelle Gruppe X als Endgruppe. Der Regler XIV kann aber diese funktionelle Gruppe auch an einer anderen Position an den endständigen Phenylringen tragen oder auch mehrere funktionelle Gruppen an den endständigen Phenylringen. Polyacrylate hergestellt aus Verbindung XV besitzt bereits als endständige funktionelle Gruppe pro Poly- merarm 3-Hydroxygruppen, die zur Reaktion verwendet werden können.
Durch die Anzahl der für die kontrollierte radikalische Polymerisation funktionelle Gruppe lässt sich die Anzahl der erzeugten Arme steuern. Des weiteren lassen sich auch die funktionelle Gruppen austauschen, modifizieren oder gezielt substituieren. Durch diese Maßnahme kann z.B. die Kontrolle oder die Polymerisationsgeschwindigkeit erhöht oder erniedrigt werden. Weiterhin stellen alle oben genannten Polymerisationsmethoden nur beispielhafte Methoden zur Herstellung von endfunktionalisierten Polyacrylaten dar. Es können aber auch alle dem Fachmann geläufigen Methoden zur kontrollierten Polymeri- sation eingesetzt werden, so lange sich mit dieser Polymerisationsmethode funktionelle Gruppen am Polymer einbringen lassen, besonders bevorzugt die Funktionalisierung am Poly(meth)acrylat-Kettenende.
Neben den kontrollierten radikalischen Methoden eignen sich auch noch weitere radikali- sehe Polymerisationsmethoden zur Einführung von funktionellen Gruppen. Beispielhaft sei nur auf Thiol-geregelte Verbindungen hingewiesen, wobei die Thiole oder Dithiover- bindungen ebenfalls funktionelle Gruppen X tragen können und somit Polyacrylate end- funktionalisieren. Weiterhin können durch den Initiator funktionelle Gruppen als Endgruppen in das Polymer eingebracht werden. Es existieren z.B. kommerzielle Azoinitiatoren, die freie Carbonsäuregruppen oder Hydroxygruppen tragen, die dann ebenfalls über die Polymerisation in das Polymer endständig eingebaut werden uns zur Kopplungs- bzw. Vernetzungsreaktion genutzt werden können. Ein weitere Möglichkeit wäre die freie radikalische Polymerisation abzufangen und auf diesem Wege eine funktionelle Gruppe X einzubauen.
Verknüpfungsverbindungen (Komponente (b))
Die Komponente (b) wird zur Verknüpfung der endfunktionalisierten Polyacrylate einge- setzt. Je nach Einsatzgebiet der herzustellenden Materialien besitzen diese Verknüpfungsverbindungen unterschiedliche Eigenschaften. Für das erfinderische Verfahren ist jedoch bevorzugt, dass die Verknüpfungsverbindungen zumindest zwei endständige funktionelle Gruppen Y zur Reaktion mit den Polyacrylaten (Komponente (a)) besitzen und diese funktionelle Gruppen Y eine chemische Reaktion mit der funktionellen Gruppe X von Komponente (a) eingehen.
Durch die Vielzahl der möglichen Reaktionen können als Verknüpfungsverbindungen sowohl organische als auch anorganische Verbindungen eingesetzt werden. Für bestimmte Anwendungen werden ebenfalls Oligomere oder Polymere Verbindungen mit den entsprechenden funktionellen Gruppen Y eingesetzt.
Anorganische oder metallorganische Verbindungen werden sehr bevorzugt eingesetzt, um z.B. über Komplexierungen hochmolekulare Netzwerke der Komponente (a) aufzubauen. Im einfachsten Fall können dies Metallsalze sein, die mit Carbonsäuregruppen endfunktionalisierten Polyacrylate zur Reaktion gebracht werden. Als Metallsalze eignen sich z.B. Alkalimetallhalogenide oder Erdalkalimetallhalogenide. Es ist für das erfinderi- sehe Verfahren von Vorteil, wenn diese Salze im Polyacrylat (Komponente (a)) löslich sind. Einige Beispiele sind LiBr, LiCI, KBr, Kl, Magnesiumbromid oder Calciumbromid. Weiterhin können auch Übergangsmetallhalogenide eingesetzt werden, wie z.B. Zinkchlorid oder Zinkbromid. Zur Koordinierung von endgruppenständigen Carbonsäure- gruppen eignen sich auch Metall-Chelat Komplexe, wie z.B. Aluminiumacetylacetonat, Titanacetylacetonat, Titantetraisopropylat, Titantetrabutylat, Zirkoniumacetylacetonat und Eisenacetylacetonat. Diese Reaktionen verlaufen bevorzugt in einem Bereich von oberhalb 100 °C. Für die weitere Verarbeitung aus der Schmelze können reversible Reaktionen von großem Vorteil sein, d.h. die Metallsalze besitzen bei hohen Temperaturen nur schwache koordinative Wechselwirkungen und bilden bei Abkühlung auf Raumtemperatur oder Anwendungstemperatur starke ionische oder koordinative Bindungen aus. Durch diese Maßnahme lassen sich die Komponenten (a) und (b) leicht in der Schmelze vermischen und bilden z.B. für Anwendungen als Haftklebemasse nach der Beschichtung aus der Schmelze hochviskose und scherfeste Haftklebemassen mit dem Abkühlen auf den Träger.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kann es aber weiterhin von Vorteil sein, wenn die Komponente (b) erst nach dem Mischvorgang aktiviert wird.
In einer weiteren sehr bevorzugten Auslegung der Erfindung werden für das erfindungsgemäße Verfahren organische Verbindungen mit zumindest einem C-Atom und zwei funktionellen Gruppen Y eingesetzt. Einige exemplarisch genannte Beispiele für Verbindungen mit einem C-Atom sind Malonsäure, Malonsäuredinitril und Methylendiamin. Beispiele für Verknüpfungsverbindungen mit 2 C-Atomen und 2 funktionellen Gruppen Y sind Ethylenglykol und Bernsteinsäure. Beispiele für Verknüpfungsverbindungen mit 3 C- Atomen für die Komponente (b) sind Glycerin, 1 ,3-Propandiol, Glutarsäure und 1 ,3-Dia- mino-propan. Beispiele für Verbindungen mit 4 C-Atomen sind 1 ,4-Butandiol, Adipin- säure, 1 ,2,4-Butantriol, Buten-1 ,4-diol, 1 ,2,3,4-Butantetracarbonsäure, 1 ,7-Octadien, Diethylentriamin und Adipinsäuredimethylester. Beispiele für Verbindungen mit 5 C-Atomen sind 1 ,1 ,1-Tris-(hydroxymethyl)-ethan, 1 ,5- Pentandiol und 1 ,5-Diamino-pentan. Beispiele für Verbindungen mit 6 C-Atomen Triethy- lenglykol, Korksäure, 1 ,6-Diamino-hexan, 1 ,4 Diaminocyclohexan, 1 ,6-Diisocyanohexan, N,N'-Diallyl-weinsäurediamid und 1 ,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan. Des weiteren können auch aromatische Verknüpfungsverbindungen mit 6 C-Atomen, wie z. B. 1 ,2-Phenylendi- amin, 1 ,3-Phenylendiamin, 1 ,4-Phenylendiamin, Hydrochinon, Brenzkatechin, Resorcin, Phthalsäure, Terephthalsäure, Pyromellitsäuredianhydrid, Pyromellitsäurediimid, Pyro- mellitsäure, 1 ,3-Dimercaptobenzol und N,N,N',N'-Tetramethyl-1 ,4-phenylendiamin. Weiterhin können vorteilhaft Verbindungen mit bis zu 30 C-Atomen eingesetzt werden, die aliphatisch oder aromatisch sein können, Heterocyklen und andere cyklische Strukturen aufweisen können, die ungesättigte Stellen beinhalten können, und/oder die folgende Heteroatome N, B, O, F, Cl, Br, I, Si, AI, P, oder S enthalten können. Die angegebenen Heteroatomen können auch in Verbindung miteinander vorliegen, z.B. in Form einer Phosphatgruppe, einer Sulfonat-Gruppe oder einer Nitro- bzw. Nitroso-Gruppe. Auch die Kombination miteinander ist möglich, z. B. in Form von Peroxobindungen, Dithiobindun- gen und Diazabindungen.
Für die thermische Aktivierung können neben der Reaktion von di- bzw. multifunktionel- len Isocyanaten auch bevorzugt blockierte Isocyanate eingesetzt werden. Die Verbindungen besitzen als Komponente (b) den Vorteil, dass sie durch Energie (Wärme) thermisch zur Reaktion aktiviert werden können. Ein Überblick über blockierte Isocyanate wird in US 5,510,443 gegeben.
Neben den niedermolekularen organischen Verbindungen lassen sich auch höher molekulare Verbindungen (Oligomere) oder Polymere als Verknüpfungsverbindungen einset- zen. Als Oligomere und Polymere werden vorteilhaft z.B. Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyisobuten, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylacetat, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polycaprolactam, Polycaprolacton, Polyester, Polybenzoate, Polysiloxane, Polyethylen/propylen copolymere, Polybutadien, Polyisopren, Polybuten, Polythiophen, Polyacetylen, Polyanthracen, Polysilane, Polyamide, Polycarbonate, Polyvinylalkohol, Polypropylenoxid, Polyethylenoxid, Polyphenylen, Polychloroprene sowie flouriniierte Oligomere und Polymere eingesetzt. Alle diese Oligomere und Polymere sollten für die Verknüpfungsreaktion zumindestens zwei funktionelle Endgruppen Y aufweisen.
Reaktion der Komponenten (a) und (b):
Es ist insbesondere im Sinne der Erfindung, das Verfahren dergestalt zu betreiben, dass die Polyacrylate (Komponente (a)) und die Verknüpfungsverbindungen (Komponente (b)) für die Verknüpfungsreaktion in einem Reaktor mit Vermischungsvorrichtung durchmischt wird. Die Kopplungsreaktion kann in Lösung oder in Reinsubstanz durchgeführt werden. Endgruppenfunktionalisierte Polyacrylate können somit in Lösung umgesetzt werden, wobei hier bevorzugt das zur Polymerisation eingesetzte Lösemittel verwendet wird, oder aus der Schmelze. Zur Verarbeitung aus der Schmelze wird - falls die Komponente (a) aus Lösung hergestellt wird - das Lösemittel vom Polymer entfernt. Dies kann im ein- fachsten Fall durch Anlegen von Vakuum oder generell durch Abdestillieren geschehen. Zur Aufkonzentration eignen sich z.B. Aufkonzentrationsextruder, die scherarm betrieben werden, um Vergelungen während des Hotmelt-Prozesses zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird das Lösemittel daher bevorzugt in einem Aufkonzentrationsextruder unter vermindertem Druck abgezogen, wozu beispielsweise Ein- oder Doppelschneckenextru- der eingesetzt werden können, die bevorzugt das Lösemittel in verschiedenen oder gleichen Vakuumstufen abdestillieren und über eine Feedvorwärmung verfügen. Für den Hotmelt-Prozess wird die Komponente (a) bevorzugt zu größer 99,5 % aufkonzentriert. Für die Durchführung der Verknüpfungssreaktion lassen sich unterschiedliche Reaktoren verwenden. Hier ist besonders die Anfangsviskosität der einzelnen Komponenten sowie die Viskosität nach der Verknüpfungsreaktion von entscheidender Bedeutung. Für die Durchführung in hochviskosen Medium eigen sich besonders bevorzugt Extruder beziehungsweise Cokneter. Mischaggregate können ebenfalls sein Zweischneckenextruder oder auch Ringextruder sein. In einer sehr vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung findet die Zusammenführung der Komponenten (Compoundierung) und die Behandlung (Reaktionsführung) in demselben Reaktor statt, vorteilhaft in einem Extruder. Dies kann auch der Extruder sein, in dem bereits der Aufkonzentrationsschritt durchgeführt wurde. Als für die Reaktion mit sehr viskosen Komponenten sehr geeignet haben sich ein Doppelschneckenextruder (z.B. Werner & Pfleiderer oder Welding Engineers) oder ein Cokneter (z.B. Buss) herausgestellt. In diesen Reaktoren werden durch Verfahrenslänge, Durchsatz (Drehzahl), Knettemperatur und Menge eventuell eingesetzter Katalysatoren die optimalen Reaktionsbedingungen eingestellt. Durch gute Vermischung der Reaktionskomponenten läßt sich die Verweilzeit im Reaktor optimieren. Entsprechend der Fließviskosität der eingesetzten Komponenten verläuft die Reaktion bei erhöhten Temperaturen. Die Temperaturen werden für hochviskose Systeme zwi- sehen 80 und 200 °C gewählt, in einem besonders bevorzugten Bereich zwischen 110 und 160 °C.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kann es ebenfalls von Vorteil sein, das Molekulargewicht der Komponenten - insbesondere von dem endfunktionalisierten Polyacrylat - zu variieren um die Verarbeitbarkeit in der Schmelze zu verbessern. So lässt sich z.B. durch Reduktion des Molekulargewichtes die Fließviskosität herabsetzen und somit die Reak- tionsfreudigkeit erhöhen. Ein weiterer Punkt ist die Verarbeitbarkeit unter Scherung im Extruder, da niederviskosere und niedermolekulare Polymere leichter im Extruder verarbeitbar sind und die eingebrachte Scherung somit stark reduziert wird. Es ist für das erfinderische Verfahren non Vorteil, einen kontinuierlichen Verfahrensablauf zu wählen und/oder einzelne Schritte hiervon im In-Iine Prozess zu betreiben. Möglich ist aber auch die diskontinuierliche Verfahrensführung.
Für die Kopplung aus Lösung oder von sehr niederviskosen Komponenten werden in der Regel andere Reaktoren eingesetzt. In einem sehr einfachen Fall eignen sich z.B. Mischköpfe, wie sie aus der 2 K Polyurethantechnik bekannt sind. Hier werden die beiden Komponenten in einer Kammer zusammengeführt, wobei durch die Strömung oder Druck eine sehr schnelle und effiziente Vermischung der beiden Komponenten eintritt. Die Reaktion beginnt in der Mischkammer und kann aber auch im folgenden Verarbeitungs- prozess weiterlaufen. Weiterhin eignen sich zur Reaktion z.B. aus Lösung auch ganz konventionelle Rührkessel, die zur Durchmischung mit unterschiedlichen Rührern ver- sehen sein können. Als Rührer lassen sich z.B. Ankerrührer, Propellerrührer oder MIG- Rührer einsetzen, wobei auch hier wiederum die Viskosität ein entscheidender Faktor ist. Insgesamt eignen sich alle dem Fachmann geläufigen Mischeinrichtungen. Für die Verknüpfungsreaktion kann weiterhin ein erfinderischer Vorteil sein, wenn die Mischeinrichtungen beheizbar sind und somit thermische Energie eingeführt werden kann, die die Verknüpfungsreaktion ermöglicht oder beschleunigt. Der Energiebedarf ist dabei von mehreren Faktoren abhängig, wie z.B. der Aktivierungsenergie der chemischen Reaktion und dem Molekulargewicht der einzelnen Komponenten. Einen weiteren verfahrensspezifischen Parameter stellt die Reaktionszeit dar. Auch die Reaktionszeit variiert von der Reaktivität der einzelnen Komponenten, der Temperatur- führung und der Viskosität. Dementsprechend kann die Reaktionszeit in der Regel z.B. durch Temperaturerhöhung verkürzt werden.
In einer speziellen Auslegung des erfinderischen Verfahrens werden die Komponenten (a) und (b) nur vermischt und an einem späteren Verfahrenszeitpunkt zur Reaktion gebracht.
Ein Beispiel ist die Verarbeitung der Komponenten (a) und (b) in einem Spritzgiessverfah- ren, wobei nach der Ausformung dann gehärtet wird und so die Form erhalten bleibt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es von Vorteil, wenn der Umsatz der Verknüp- fungsreaktionen möglichst quantitativ verläuft. Dennoch ist die Reaktivität, insbesondere bei der Verknüpfung von hochmolekularen Komponenten, häufig geringer, so dass nur bedeutend geringere Umsätze realisiert werden können. Vielmehr besteht in einigen Fällen die Möglichkeit von Nebenreaktionen. Für das erfindungsgemäße Verfahren sollte zumindest eine Verknüpfungsreaktion zwischen einer funktionellen Gruppe X und Y erfolgreich ablaufen. Insbesondere für die Umsetzung von niedermolekularen Komponenten ist es für das erfinderische Verfahren von Vorteil, wenn ein höherer Umsatz von größer 50 % erzielt wird. In einer besonders bevorzugten Auslegung werden Umsätze von größer 75 % bezogen jeweils auf die reaktiven Gruppen erzielt.
Für die Herstellung einer Haftklebemasse nach dem oben beschriebenen Verfahren kann es von Vorteil sein, die Komponenten (a) oder (b) vor oder nach der Verknüpfungsreaktion mit Klebharzen abzumischen. Prinzipiell lassen sich alle in den entsprechenden Polymeren löslichen Harze verwenden. Geeignete Klebharze umfassen unter anderem Kolophonium und Kolophoniumderivate (Kolophoniumester, auch durch z. B. Dispropor- tionierung oder Hydrierung stabilisierte Kolophoniumderivate), Polyterpenharze, Terpen- phenolharze, Alkylphenolharze, aliphatische, aromatische und aliphatisch-aromatische Kohlenwasserstoffharze, um nur einige zu nennen. Vorrangig werden solche Harze gewählt, die vorzugsweise mit der Komponente (a) verträglich sind. Der Gewichtsanteil der Harze beträgt typischerweise bis zu 40 Gew. %, mehr bevorzugt bis zu 30 Gew. %. Weiterhin können optional Weichmacher (Plastifizierungsmittel), Füllstoffe (z. B. Fasern, Ruß, Zinkoxid, Titandioxid, Kreide, Voll- oder Hohlglaskugeln, Mikrokugeln aus anderen Materialien, Kieselsäure, Silikate), Keimbildner, Blähmittel, Co poundierungsmittel und/oder Alterungsschutzmittel, z. B. in Form von primären und sekundären Antioxidan- tien oder in Form von Lichtschutzmitteln zugesetzt werden.
In einer bevorzugten Auslegung der Erfindung wird nach der Verknüpfungsreaktion der
Komponenten (a) und (b) das hergestellte Polymer nochmal mit actinischer Strahlung vernetzt.
Zusätzliche Vernetzungen sind in der Regel besonders sinnvoll, wenn die nach den obengenannten Verfahren hergestellten Polymere linear verknüpft worden sind.
Des weiteren kann es aber von Vorteil sein, bereits durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte und vernetzte Polymere zusätzlich zu vernetzen und bestimmte Produkteigenschaften zu erreichen. Dies gilt insbesondere für Lackanwendungen, da zur Aushärtung hohe Vernetzungsgrade erforderlich sind. Zur optionalen Vernetzung mit UV-Licht werden optional der Komponente (a) und/oder (b) vor oder nach der Verknüpfungsreaktion UV-absorbierende Photoinitiatoren zugesetzt. Nützliche Photoinitiatoren, welche sehr gut zu verwenden sind, sind Benzoinether, wie z. B. Benzoinmethylether und Benzoinisopropylether, substituierte Acetophenone, wie z. B. 2,2-Diethoxyacetophenon (erhältlich als Irgacure 651® von Fa. Ciba Geigy®), 2,2-Dimethoxy-2-phenyl-1-phenylethanon, Dimethoxyhydroxyacetophenon, substituierte α-Ketole, wie z. B. 2-Methoxy-2-hydroxypropiophenon, aromatische Sulfonylchloride, wie z. B. 2-Naphthyl sulfonylchlorid, und photoaktive Oxime, wie z. B. 1-Phenyl-1 ,2-propan- dion-2-(O-ethoxycarbonyl)oxim.
Die oben erwähnten und weitere einsetzbare Photoinititatioren, unter anderem vom Typ Norrish I oder Norrish II, können folgenden Reste enthalten: Benzophenon-, Acetophe- non-, Benzil-, Benzoin-, Hydroxyalkylphenon-, Phenylcyclohexylketon-, Anthrachinon-, Trimethylbenzoylphosphinoxid-, Methylthiophenylmorpholinketon-, Aminoketon-, Azoben- zoin-, Thioxanthon-, Hexarylbisimidazol-, Triazin-, oder Fluorenon, wobei jeder dieser Reste zusätzlich mit einem oder mehreren Halogenatomen und/oder einer oder mehreren Alkyloxygruppen und/oder einer oder mehreren Aminogruppen oder Hydroxygruppen substituiert sein kann. Ein repräsentativer Überblick wird von Fouassier: „Photoinititation, Photopolymerization and Photocuring: Fundamentals and Applications", Hanser- Verlag, München 1995, gegeben. Ergänzend kann Carroy et al. in „Chemistry and Technology of UV and EB Formulation for Coatings, Inks and Paints", Oldring (Hrsg.), 1994, SITA, London zu Rate gezogen werden.
Prinzipiell ist es auch möglich, Polymere nach der Verknüpfungsreaktion mit Elektronen- strahlen zu vernetzen. Typische Bestrahlungsvorrichtungen, die zum Einsatz kommen können, sind Linearkathodensysteme, Scannersysteme bzw. Segmentkathodensysteme, sofern es sich um Elektronenstrahlbeschleuniger handelt. Eine ausführliche Beschreibung des Stands der Technik und die wichtigsten Verfahrensparameter findet man bei Skelhorne, Electron Beam Processing, in Chemistry and Technology of UV and EB for- mulation for Coatings, Inks and Paints, Vol. 1 , 1991 , SITA, London. Die typischen Beschleunigungsspannungen liegen im Bereich zwischen 50 kV und 500 kV, vorzugsweise 80 kV und 300 kV. Die angewandten Streudosen bewegen sich zwischen 5 bis 150 kGy, insbesondere zwischen 20 und 100 kGy. Zur optionalen Vernetzung mit actinischer Strahlung werden optional der Komponente (a) und/oder (b) vor oder nach der Verknüpfungsreaktion di- oder multifunktionelle Vinylver- bindungen, in einer bevorzugten Auslegung di- oder multifunktionelle Methacrylate, in einer sehr bevorzugten Auslegung di- oder multifunktionelle Acrylate zugesetzt.
Die erfindungsgemäßen Polymere lassen sich bevorzugt zur Herstellung von Haftklebebändern einsetzen. Je nach Polymerzusammensetzung eignen sich diese Polymere aber auch für Folienanwendungen, als Releaselacke oder als Haftklebemassen. Hoch haloge- nierte Polymere könnten aber auch beispielsweise als Flammschutzmittel eingesetzt wer- den. Weiterhin lassen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymere auch als Hitze-aktivierbare Haftklebemassen einsetzen. Für dieses Einsatzgebiet sollte das Polymer einen Glasübergangstemperatur von größer 25 °C besitzen. Für die Polymere mit einem engen Polymernetzwerk sind auch Anwendungen im Lackbereich möglich. Polymere mit einer hoher Glasübergangstemperatur hergestellt nach dem erfin- derischen Verfahren lassen sich ebenfalls als Thermoplaste einsetzen. Bei geeigneter Wahl der Komponente (b) sind auch elektrisch leitende Polymere möglich. Z. B. könnten auch Polymere hergestellt werden, die unter Strom Licht emittieren.
Prüfmethoden
A. Scherstandzeiten
Die Prüfung erfolgte gemäß PSTC-7. Auf eine 25 μm dicke PET-Folie wird eine 50 μm dicke Haftklebeschicht aufgebracht. Ein 1 ,3 cm breiter Streifen dieses Musters wird auf einem polierten Stahlplättchen auf einer Länge von 2 cm mit einer 2 kg-Rolle durch dreimaliges doppeltes Überrollen verklebt. Die Plättchen werden für 30 min unter Testbedingungen (Temperatur und Luftfeuchtigkeit), aber ohne Last equilibriert. Dann wird das Testgewicht angehängt, so daß eine Scherbeanspruchung parallel zur Verklebungsfläche entsteht, und die Zeit gemessen, bis die Verklebung versagt. Ist eine Haltezeit von 10.000 min erreicht, so wird der Versuch vor Versagen der Klebbindung abgebrochen.
B. Klebkraft
Die Prüfung der Schälfestigkeit (Klebkraft) erfolgte gemäß PSTC-1. Auf eine 25 μm dicke
PET-Folie wird eine 50 μm dicke Haftklebeschicht aufgebracht. Ein 2 cm breiter Streifen dieses Musters wird auf einer Stahlplatte durch dreimaliges doppeltes Überrollen mittels einer 2 kg Rolle verklebt. Die Stahlplatte wird eingespannt und der Selbstklebestreifen über sein freies Ende an einer Zugprüfmaschine unter einem Schälwinkel von 180° abgezogen.
C. Gelpermeationschromatographie GPC
Die Bestimmung des mittleren Molekulargewichtes Mw und der Polydisperistät PD erfolgte durch die Firma Polymer Standards Service in Mainz. Als Eluent wurde THF mit 0.1 Vol.-% Trifluoressigsäure eingesetzt. Die Messung erfolgte bei 25°C. Als Vorsäule wurde PSS-SDV, 5 μ, 103 A, ID 8.0 mm x 50 mm verwendet. Zur Auftrennung wurden die Säulen PSS-SDV, 5 μ, 103 sowie 105 und 106 mit jeweils ID 8.0 mm x 300 mm eingesetzt. Die Probenkonzentration betrug 4 g/l, die Durchflußmenge 1.0 ml pro Minute. Es wurde gegen PMMA-Standards gemessen.
D. Gelanteil Die sorgfältig getrockneten lösungsmittelfreien Klebstoffproben werden in ein Vliestütchen aus Polyethylen (Tyvek-VIies) eingeschweißt. Aus der Differenz der Probengewichte vor der Extraktion und nach der Extraktion durch Toluol wird der Gelwert, also der nicht in Toluol lösliche Gewichtsanteil des Polymers bestimmt.
Prüfmusterherstellung
Herstellung eines RAFT-Reglers:
Die Herstellung des Reglers Bis-2,2'-phenylethyltrithiocarbonats (VIII) erfolgte ausgehend von 2-Phenylethylbromid mit Dischwefelkohlenstoff und Natriumhydroxid nach einer Vorschrift von Synth. Comm., 1988, 18 (13), 1531. Ausbeute 72 %. 1H-NMR (CDCI3), δ: 7,20-7,40 ppm (m, 10 H); 3,81 ppm (m, 1 H); 3,71 ppm (m, 1 H); 1 ,59 ppm (d, 3 H); 1 ,53 ppm (d, 3 H).
Herstellung von Nitroxiden:
(a) Herstellung des difunktionellen Alkoxyamins (XVII): Es wurde analog der Versuchsvorschrift aus Journal of American Chemical Society, 1999, 121(16), 3904 vorgegangen. Als Ausgangsstoffe wurden 1 ,4-Divinylbenzol und Nitroxid (XVIII) eingesetzt.
(XVII) (b) Herstellung des Nitroxids (XVIII):
Es wurde analog der Versuchsvorschrift aus Journal of Polymer Science, Polymer Chemistry, 2000, (38), 4749 vorgegangen.
(XVIII)
Monomere:
Die Monomere für die Nitroxid-gesteuerten Polymerisationen wurden zuvor destillativ gereinigt und unter Stickstoff gelagert. Hydroxyethylacrylat wurde ebenfalls destillativ gereinigt und anschließend unter Argonatmosphäre bei -20°C gelagert. Verwendete kommerzielle Rohstoffe:
Amin-funktionalisierter UV-Photoinitiator:
3-r4-(Dimethylamino)phenvn-1 -[4-(2-hvdroxyethoxy)phenyll-2-propen-1 -on (XIX): Eine Mischung aus 15 g 2-Bromethanol, 16.3 g p-Hydroxyacetophenon und 5.3 g Natriumhydroxid in 100 ml Dimethylformamid (DMF) wurde für 15 Stunden auf 150°C erhitzt. Anschließend schüttete die Mischung in Wasser und extrahierte das Produkt mit Dichlormethan aus. Folgende Vakuumdestillation lieferte 11.4 g eines weißen Feststoffs (4-(2-Hydroxyethoxy)acetophenon). In einer zweiten Reaktion wurde eine Mischung aus 8.3 g p-Dimethylaminobenzaldehyd, 10.0 g 4-(2-Hydroxyethoxy)acetophenon und 2.5 g Natriumhydroxid in 100 ml Methanol unter Reflux für 10 Stunden erwärmt. Anschließend kühlte man mit einem Eisbad, filterte die Reaktionsmischung und spülte den abgfilterten Feststoff mit kalten Methanol. Dann wurde das Produkt im Vakuumtrockenschrank bei 40°C und 10 Torr getrocknet. Es konnten 10.2 g weißen Feststoffs isoliert werden. Der Schmelzpunkt lag bei 128°C (verg. US 4,565,769, Smp.: 127 - 128.5°C)
Herstellung eines funktionalisierten RAFT-Reglers S,S-Di-(benzyl-4-phenylessig- säure)tήthiiocarbonat (XX) In 20 ml einer wässrigen Lösung wurden 5 g 4-Brommethyl-phenylessigsäure mit 5 ml 33 %iger Natronlauge unter Rühren langsam deprotoniert.
Parallel dazu wurden in einem Dreihalskolben 10 ml Schwefelkohlenstoff, 10 ml 33 %-ige Natronlauge sowie 0.92 g n-Butylammoniumhydrogensulfat vorgelegt. Durch starkes Rühren färbte sich die Emulsion von braun zu blutrot. Anschließend wurde die oben hergestellte Lösung langsam portionsweise hinzugegeben. Die Emulsion färbte sich gelb. Nach vollständiger Reaktion (ca. 48 Reaktionszeit) wurden beide Phasen im Scheidetrichter voneinander getrennt. Die wässrige Phase wird dreimal mit Schwefelkohlenstoff und anschließend mit Siedegrenzbenzin mehrfach extrahiert. Dann werden die organischen Phasen vereinigt und mehrfach mit 0.1 N Salzsäure ausgeschüttelt. Die organische Phase wird über Magnesiumsulfat getrocknet und dann am Rotationsverdampfer vom Lösemittel befreit. Es bleibt eine ölige rot-gelbe Flüssigkeit zurück. Die Ausbeute betrug 90 %. IR:: 1065 cm'1 (C=S)
1H-NMR (CDCI3): δ = 7,34 (8 H, m); 4.65 (4 H, s); 3.61 (4 H, s) 3C-NMR (CDC ): δ = 223 (SC(S)S); 178.2 (COOH)
(XX)
Durchführung des Hotmeltprozeßes im Meßkneter .
Die Compoundierung der Schmelzhaftklener wurde mit dem Meßkneter Rheomix 610p der Fa. Haake durchgeführt. Als Antriebseinheit stand das Gerät Rheocord RC 300p zur Verfügung. Gesteuert wurde das Gerät mit der Software PolyLab System. Der Kneter wurde jeweils mit 52 g reiner Acrylatschmelzhaftklebemasse (~80 % Füllgrad) befüllt. Die Versuche wurden bei einer Knettemperatur von 140°C, einer Umdrehungszahl von 40 U/min und einer Knetzeit von 15 Minuten durchgeführt. Referenz 1
In einem für radikalische Polymerisationen konventionellen 2 L Glasreaktor wurden 40 g Acrylsäure, 0.4 g Bis-2,2'-phenylethyltrithiocarbonat und 160 g DMF vorgegeben. Unter Rühren mit einem Ankerrührer wurde bei Raumtemperatur 1 h mit Stickstoffgas inertisiert. Anschließend wurde über ein Ölbad auf 58°C Innentemperatur erhitzt und dann 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(isobuttersäurenitril)) in 5 g DMF gelöst hinzugegeben. Nach 24 h Polymerisationszeit wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und DMF am Rotationsverdampfer abdestilliert. Die Analyse via GPC (Test C , PMMA Standards) ergab ein Molekulargewicht Mn von 2820 g/mol und M von 7540 g/mol. Anschließend wurde dieses oligomere Polyacrylat 300 g 2-Ethylhexylacrylat, 60 g Methylacrylat, 150 g Aceton/n-Butanol (7 : 3) gelöst und nach 1 h Inertisierung mit Stickstoffgas wiederum auf 58°C Innentemperatur erhitzt. Bei dieser Temperatur erfolgt ein Zugabe von 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(isobuttersäurenitril)) gelöst in 5 g Aceton. Die Polymerisation wurde bei einer konstanten Außentemperatur von 70°C durchgeführt. Nach 6 h Reaktionszeit wurde mit 80 g Aceton verdünnt. Nach 24 h Reaktionszeit erfolgte wiederum eine Zugabe von 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis- (isobuttersäurenitril)) gelöst in 5 g Aceton. Nach 30 h wurde mit 50 g Aceton verdünnt. Die Polymerisation wurde durch Abkühlen auf Raumtemperatur nach 48 h Reaktionszeitabgebrochen. Die Analyse via GPC (Test C , PMMA Standards) ergab ein Molekulargewicht Mn von 166.000 g/mol und M von 421.000 g/mol.
Anschließend wurde das Lösemittel im Trockenschrank bei 60°C und 10 torr Vakumm entfernt und eine 30 %ige Lösung in Aceton hergestellt. Diese Lösung wurde auf eine geprimerte 23 μm dicke PET-Folie aufgetragen. Nach Trocknen für 10 Minuten bei 120°C im Trockenschrank betrug der Masseauftrag des Polymers 50 g/m2. Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften wurden die Testmethoden A und B durchgeführt.
Beispiel 1
In einem für radikalische Polymerisationen konventionellen 2 L Glasreaktor wurden 40 g Acrylsäure, 0.4 g Bis-2,2'-phenylethyltrithiocarbonat und 160 g DMF vorgegeben. Unter Rühren mit einem Ankerrührer wurde bei Raumtemperatur 1 h mit Stickstoffgas inertisiert. Anschließend wurde über ein Ölbad auf 58°C Innentemperatur erhitzt und dann 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(isobuttersäurenitril)) in 5 g DMF gelöst hinzuge- geben. Nach 24 h Polymerisationszeit wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und DMF am Rotationsverdampfer abdestilliert. Die Analyse via GPC (Test C , PMMA Standards) ergab ein Molekulargewicht Mn von 2820 g/mol und M von 7540 g/mol. Anschließend wurde dieses oligomere Polyacrylat 300 g 2-Ethylhexylacrylat, 60 g Methylacrylat, 150 g Aceton/n-Butanol (7 : 3) gelöst und nach 1 h Inertisierung mit Stickstoffgas wiederum auf 58°C Innentemperatur erhitzt. Bei dieser Temperatur erfolgt ein Zugabe von 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(isobuttersäurenitril)) gelöst in 5 g Aceton. Die Polymerisation wurde bei einer konstanten Außentemperatur von 70°C durchgeführt. Nach 6 h Reaktionszeit wurde mit 80 g Aceton verdünnt. Nach 24 h Reak- tionszeit erfolgte wiederum eine Zugabe von 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis- (isobuttersäurenitril)) gelöst in 5 g Aceton. Nach 30 h wurde mit 50 g Aceton verdünnt. Die Polymerisation wurde durch Abkühlen auf Raumtemperatur nach 48 h Reaktionszeitabgebrochen. Die Analyse via GPC (Test C , PMMA Standards) ergab ein Molekulargewicht Mn von 166.000 g/mol und Mw von 421.000 g/mol. Anschließend wurde das Lösemittel im Trockenschrank bei 60°C und 10 Torr Vakuum entfernt, eine 30 %ige Lösung in Aceton hergestellt und 2 Gew.-% Aluminiumacetyl- acetonat bezogen auf das Polymer in einer 3 %-igen Lösung in Aceton zum Polymer beigemischt und diese aus Lösung auf eine geprimerte 23 μm dicke PET-Folie aufgetragen. Nach Trocknen für 10 Minuten bei 120°C im Trockenschrank betrug der Masseauftrag des Polymers 50 g/m2. Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften wurden die Testmethoden A und B durchgeführt.
Beispiel 2
Zur Durchführung von Beispiel 2 wurde analog Beispiel 1 vorgegangen. Nach Herstellung der 30 %-igen Lösung in Aceton wurde das Polymer mit 2.5 Gew.-% 3-(2-Aminoethyl- amino)-propylamin umgesetzt und diese Lösung auf eine geprimerte 23 μm dicke PET- Folie aufgetragen. Nach Trocknen für 10 Minuten bei 120°C im Trockenschrank betrug der Masseauftrag des Polymers 50 g/m2. Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften wurden die Testmethoden A und B durchgeführt. Beispiel 3
In einem für konventionelle radikalische Polymerisationen 1 L Glasreaktor wurden 500 g Butylacrylat, 50 g Methylacrylat, 50 g N-tert.-Butylacrylamid und 1 ,480 g des difunktio- nellen Alkoxyamins (XVII) hinzugegeben. Bevor die Reaktion gestartet wird, wird die gesamte Mischung mehrmals auf -78CC herabgekühlt und entgast. Anschließend wird in dem druckfesten Behälter unter Druck auf 120°C erhitzt. Die Polymerisation wird nach 48 h abgebrochen, wobei zur Isolierung und Aufreinigung des Polymers das Polymer in Dichlormethan gelöst und anschließend in auf -78°C abgekühltes Methanol gefällt wird. Der Niederschlag wurde über eine gekühlte Fritte abfiltriert. Das erhaltene Produkt wurde im Vakuumtrockenschrank bei 10 Torr und 45 °C 12 Stunden lang aufkonzentriert. Die Analyse via GPC (Test C , PMMA Standards) ergab ein Molekulargewicht Mn von 74.000 g/mol und Mw von 123.000 g/mol.
Anschließend wurde das Polymer in THF gelöst und mit 2 Gew.-% 4-Methyl-m-phenylen- diisocyanat bezogen auf das Polymer vermischt. Diese Lösung wurde auf eine gepri- merte 23 μm dicke PET-Folie aufgetragen. Nach Trocknen für 15 Minuten bei 140°C im Trockenschrank betrug der Masseauftrag des Polymers 50 g/m2. Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften wurden die Testmethoden A und B durchgeführt.
Beispiel 4 Zur Herstellung des Polymers wurde analog Beispiel 3 vorgegangen. Anschließend wurde das Polymer in THF gelöst und mit 2 Gew.-% 1 ,2,7,8-Diepoxyoctan und 0.05 Gew.-% Zinkchlorid umgesetzt. Diese Lösung wurde auf eine geprimerte 23 μm dicke PET-Folie aufgetragen. Nach Trocknen für 15 Minuten bei 140°C im Trockenschrank betrug der Masseauftrag des Polymers 50 g/m2. Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften wurden die Testmethoden A und B durchgeführt.
Beispiel 5
In einem für radikalische Polymerisationen konventionellen 2 L Glasreaktor wurden 40 g
Dimethylaminoethylacrylat, 0.4 g Bis-2,2'-phenylethyltrithiocarbonat und 100 g Aceton vorgegeben. Unter Rühren mit einem Ankerrührer wurde bei Raumtemperatur 1 h mit Stickstoffgas inertisiert. Anschließend wurde über ein Ölbad auf 58°C Innentemperatur erhitzt und dann 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(isobuttersäurenitril)) in 5 g Aceton gelöst hinzugegeben. Nach 24 h Polymerisationszeit wurden wiederum 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(isobuttersäurenitril)) in 5 g Aceton gelöst hinzuge- geben. Nach 48 h Reaktionszeit wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und Aceton am Rotationsverdampfer abdestilliert. Die Analyse via GPC (Test C , PMMA Standards) ergab ein Molekulargewicht Mn von 4850 g/mol und Mw von 8790 g/mol. Anschließend wurde dieses oligomere Polyacrylat 300 g 2-Ethylhexylacrylat, 60 g Methylacrylat, 150 g Aceton gelöst und nach 1 h Inertisierung mit Stickstoffgas wiederum auf 58°C Innentemperatur erhitzt. Bei dieser Temperatur erfolgt ein Zugabe von 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(isobuttersäurenitril)) gelöst in 5 g Aceton. Die Polymerisation wurde bei einer konstanten Außentemperatur von 70°C durchgeführt. Nach 6 h Reaktionszeit wurde mit 80 g Aceton verdünnt. Nach 24 h Reaktionszeit erfolgte wiederum eine Zugabe von 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(iso- buttersäurenitril)) gelöst in 5 g Aceton. Nach 30 h wurde mit 50 g Aceton verdünnt. Die Polymerisation wurde durch Abkühlen auf Raumtemperatur nach 48 h Reaktionszeit abgebrochen. Die Analyse via GPC (Test C , PMMA Standards) ergab ein Molekulargewicht Mn von 134.000 g/mol und M von 376.000 g/mol. Anschließend wurde das Lösemittel im Trockenschrank bei 60°C und 10 Torr Vakuum entfernt, eine 30 %ige Lösung in Aceton hergestellt und mit 3 Gew.-% Adipinsäure versetzt. Dann wurde aus Lösung auf eine geprimerte 23 μm dicke PET-Folie aufgetragen. Nach Trocknen für 10 Minuten bei 130°C im Trockenschrank betrug der Masseauftrag des Polymers 50 g/m2. Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften wurden die Testmethoden A und B durchgeführt.
Beispiel 6
In einem für radikalische Polymerisationen konventionellen 2 L Glasreaktor wurden 360 g 2-Ethylhexylacrylat, 40 g Methylacrylat, 40 g Isobornylacrylat, 0.6 g S,S-Di-(benzyl-4- phenylessigsäure)trithiiocarbonat (XX) und 150 g Aceton vorgegeben. Unter Rühren mit einem Ankerrührer wurde bei Raumtemperatur 1 h mit Stickstoffgas inertisiert. Anschließend wurde über ein Ölbad auf 58°C Innentemperatur erhitzt und dann 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo-bis-(isobuttersäurenitril)) in 5 g Aceton gelöst hinzugegeben. Nach 24 h Polymerisationszeit wurden 0.2 g Vazo 64™ (Fa. DuPont) (2,2'-Azo- bis-(isobuttersäurenitril)) in 5 g Aceton gelöst hinzugegeben. Nach 48 Reaktionszeit wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Analyse via GPC (Test C, PMMA Standards) ergab ein Molekulargewicht Mn von 125200 g/mol und Mw von 187500 g/mol. Anschließend wurde dieses Polyacrylat zu einer 30 %-igen Lösung in Aceton verdünnt und mit 2 Gew.-% 4-Methyl-m-phenylendiisocyanat bezogen auf das Polymer vermischt. Diese Lösung wurde auf eine geprimerte 23 μm dicke PET-Folie aufgetragen. Nach Trocknen für 15 Minuten bei 140°C im Trockenschrank betrug der Masseauftrag des Polymers 50 g/m2. Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften wurden die Testmethoden A und B durchgeführt.
Beispiel 7 Es wurde analog Beispiel 8 vorgegangen. Das Polymer aus Beispiel 8 wurde mit 1.5 Gew.-% Starburst™ (PAMAM) Dendrimer Generation 2.0 (20 %-ige Lösung in Methanol) umgesetzt, wobei das Dendrimer 16 Aminogruppen enthält und ein Mw von ca. 3256 g/mol. Diese Lösung wurde auf eine geprimerte 23 μm dicke PET-Folie aufgetragen. Nach Trocknen für 15 Minuten bei 140°C im Trockenschrank betrug der Masseauftrag des Polymers 50 g/m2. Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften wurden die Testmethoden A und B durchgeführt.
Ergebnisse: In den Beispielen 1 und 2 wurde ein Polymer mit angereicherter Polyacrylsäure in den Endblöcken hergestellt. Die GPC Analyse zeigte, dass nicht sehr viele Einheiten am Ende der Polyacrylatblockes befinden können (nach Mn = jeweils 1410 g/mol pro Ende). Setzt man nun dieses Polymer um, so kann man in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Endblöcke gezielt vernetzen. Im Beispiel 1 wurde thermisch mit Aluminiumchelat ver- netzt. Neben Aluminiumchelat lässt sich auch mit multifunktionellen Aminen vernetzen, wobei in diesem Fall die Verknüpfung über ein Ammoniumsalz läuft. Nachdem in den Beispielen 1 und 2 die endfunktionalisierten Polyacrylate über die Monomerzugabe hergestellt wurden, wurde in den Beispielen 3 und 4 die funktionelle Gruppe über das regelnde Substrat an das Polymer gebunden. Das Polymer aus Beispiel 3 und 4 wurde über einen Hydroxy-funktionalisierten Regler (XVII) hergestellt. Die Kopplung der Hydroxyendgruppen im Polyacrylat verlief dann letztendlich in Beispiel 3 über ein difunktionelles Isocyanat. Zur Vernetzung der Hydroxy-Endgruppe kann aber auch ein difunktionelles Epoxid eingesetzt werden, wobei diese Reaktion bevorzugt über Lewis- Säure Katalyse erfolgt. Daher wurde die Kopplungsreaktion in Beispiel 4 mit Zinkchlorid als Katalysator durchgeführt.
In Beispiel 5 wurde ein Polyacrylat mittels Trithiocarbonat-Regler hergestellt, das mehrere Aminendgruppen an beiden Polymerkettenenden trägt. Zur Kopplung wurde mit Adipin- säure umgesetzt. In diesem Fall verläuft die Kopplungsreaktion wiederum über eine Säure-Basereaktion. In den Beispielen 6 und 7 wurde ein funktionalisierter Regler eingesetzt. Das Trithiocarbonat XX besitzt zwei Carbonsäurefunktionen, die über den Polymerisationsmechanismus in das Polymer in das jeweilige Kettenende eingebaut werden. In Beispiel 6 wurde das entsprechende Polymer mit einem difunktionelle Isocyanat gekoppelt. In Beispiel 7 wurde zur Kopplung ein Dendrimer eingesetzt, dass 16 Aminfunktionen in der Außengruppe trägt. Mit dieser Kopplung lassen sich Sternpolymere aufbauen und auch vernetzen.
In der folgenden Tabelle werden die klebtechnischen Daten zusammengefasst. Aus der Tabelle geht klar hervor, dass das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut dazu geeignet ist, Haftklebemassen herzustellen.
Masseauftrag: 50 g/m2 KK: Sofortklebkraft auf Stahl SSZ: Scherstandzeiten
Durch die gewählten erfinderischen Vernetzungsverfahren lässt sich im Vergleich zur Referenz die Koohäsion hergestellen Haftklebemassen deutlich steigern.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichtes von Polyacrylaten, dadurch gekennzeichnet, dass
Polyacrylate, welche zumindest an einem Teil ihrer Kettenenden durch geeignete Gruppen X funktionalisiert sind, mit zumindest einer solchen Verbindung umgesetzt werden, welche zumindest zwei solche funktionellen Gruppen Y aufweist, die in der Lage sind, mit den funktionellen Gruppen X Verknüpfungsreaktionen in Form von Additionsreaktionen einzugehen.
2. Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichtes von Polyacrylaten, dadurch gekennzeichnet, dass
Polyacrylate, welche zumindest an einem Teil ihrer Kettenenden durch geeignete Gruppen X funktionalisiert sind, mit zumindest einer solchen Verbindung umgesetzt werden, welche zumindest zwei solche funktionellen Gruppen Y aufweist, die in der
Lage sind, mit den funktionellen Gruppen X Verknüpfungsreaktionen in Form von Substitutionsreaktionen einzugehen.
3. Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichtes von Polyacrylaten, dadurch gekenn- zeichnet, dass
Polyacrylate, welche zumindest an einem Teil ihrer Kettenenden durch geeignete Gruppen X funktionalisiert sind, mit zumindest einer solchen Verbindung umgesetzt werden, welche zumindest zwei solche funktionellen Gruppen Y aufweist, die in der Lage sind, die Polyacrylate unter Nutzung der funktionellen Gruppen X zu binden.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den funktionellen Gruppen X funktionalisierten Polyacrylate ein mittleres Molekulargewicht (Zahlenmittel) Mn im Bereich von 2.000 g/mol bis 1.000.000 g/mol auf- weisen.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Erhöhung des Molekulargewichtes um eine Vernetzung des Poly- acrylates handelt.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfungsreaktionen derart ablaufen, dass die die funktionellen Gruppen X aufweisenden Polyacrylate und die die funktionellen Gruppen Y aufweisenden Ver- bindungen linear miteinander verknüpft werden.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Gruppen X aufweisenden Polyacrylate zumindest eine Kettenver- zweigung aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyacrylate zumindest drei funktionelle Gruppen X aufweisen.
9. Verwendung der nach zumindest einem in den vorangegangenen Ansprüchen modifizierten Polyacrylate als Haftklebemasse, insbesondere für ein- und doppelseitige Haftklebebänder.
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