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WO2015000724A1 - Polycarboxylic acid polyepoxy ester and curable epoxy resin compositions based thereon - Google Patents

Polycarboxylic acid polyepoxy ester and curable epoxy resin compositions based thereon Download PDF

Info

Publication number
WO2015000724A1
WO2015000724A1 PCT/EP2014/063083 EP2014063083W WO2015000724A1 WO 2015000724 A1 WO2015000724 A1 WO 2015000724A1 EP 2014063083 W EP2014063083 W EP 2014063083W WO 2015000724 A1 WO2015000724 A1 WO 2015000724A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
epoxy resin
groups
acid
curable epoxy
polycarboxylic acid
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/063083
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Josef Thomas
Norma Lidia NEGRETE HERRERA
Stefan Dahmen
Ivan GARCIA ROMERO
Original Assignee
Basf 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
Application filed by Basf Se filed Critical Basf Se
Publication of WO2015000724A1 publication Critical patent/WO2015000724A1/en

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/12Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/40Polyesters derived from ester-forming derivatives of polycarboxylic acids or of polyhydroxy compounds, other than from esters thereof
    • C08G63/42Cyclic ethers; Cyclic carbonates; Cyclic sulfites; Cyclic orthoesters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/78Preparation processes
    • C08G63/82Preparation processes characterised by the catalyst used
    • C08G63/87Non-metals or inter-compounds thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/02Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C08L67/025Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds containing polyether sequences

Definitions

  • the present invention relates to certain Polycarbonchurepolyepoxyester and their use for the production of adhesives, composites, moldings or coatings.
  • the present invention further relates to curable epoxy resin compositions comprising certain polycarboxylic acid polyepoxy esters as the resin component and a curing agent component, and to methods for curing these curable epoxy resin compositions and cured epoxy resins obtainable by curing these curable epoxy resin compositions.
  • epoxy resins are usually called oligomeric compounds having on average more than one epoxide group per molecule, which are converted by reaction with suitable curing agents or by polymerization of the epoxy groups in thermosets or cured epoxy resins.
  • Cured epoxy resins because of their excellent mechanical and chemical properties, such as high impact strength, high abrasion resistance, good heat and chemical resistance, in particular a high resistance to alkalis, acids, oils and organic solvents, high weather resistance, excellent adhesion to many materials and high electrical insulation capacity , widespread. They serve as a matrix for composites and are often the main component in electro-laminates, structural adhesives, casting resins, coatings and powder coatings.
  • Epoxy resins derived from epichlorohydrin are referred to as glycidyl based resins.
  • glycidyl based resins As a rule, bisphenol A or bisphenol F diglycidyl ethers or the corresponding oligomers are used as epoxy resins.
  • the coating should withstand strongly acidic or salt-containing foods (eg tomatoes) or drinks, so that no corrosion of the metal occurs, which in turn could lead to contamination of the contents.
  • the coating must not affect the taste or appearance of the food. Since coated containers are often further formed during the manufacture of the containers, the coating must be flexible. Many fillings, eg food, are first sterilized in the can; Therefore, the coating must survive heating to 121 ° C for at least 2 hours undamaged and without migration of ingredients into the product.
  • the required property profile of flexibility, good adhesion and high resistance of the cured polymeric coatings is usually achieved by combining aromatic structural units with secondary hydroxyl groups and different network densities of the thermosets. enough. These structural elements characterize the commonly used cured epoxy resins based on bisphenol A and F.
  • Epoxy resins are e.g. described in US 4722981, US 2002/0128428, EP 501575,
  • US 2012/01 16048 discloses a bisphenol-A (BPA) and bisphenol-F (BPF) -free polymer which, in addition to ester linkages, also comprises hydroxy ether bridges, using diepoxides which are based on open-chain aliphatic diols such as neopentyl glycol (NPG), simple cyclic aliphatic diols such as 1,4-cyclohexanedimethanol or aromatic diols such as resorcinol.
  • NPG neopentyl glycol
  • simple cyclic aliphatic diols such as 1,4-cyclohexanedimethanol
  • aromatic diols such as resorcinol
  • WO 2012/089657 discloses a BPA-free preparation of a film-forming resin and an adhesion promoter.
  • an epoxidized resin is prepared, for example, from the diglycidyl ethers of NPG, ethylene glycol, propylene or dipropylene glycol, 1,4-butanediol or 1,6-hexanediol.
  • NPG diglycidyl ethers
  • ethylene glycol propylene or dipropylene glycol
  • 1,4-butanediol 1,6-hexanediol
  • WO 2010/100122 proposes a coating system obtainable by reacting an epoxidized vegetable oil with hydroxy-functional compounds, e.g. Propylene glycol, propane-1,3-diol, ethylene glycol, NPG, trimethylolpropane, diethylene glycol, and the like.
  • hydroxy-functional compounds e.g. Propylene glycol, propane-1,3-diol, ethylene glycol, NPG, trimethylolpropane, diethylene glycol, and the like.
  • US 2004/0147638 describes a 2-layer (core / shell) system in which the core of a BPA or BPF-based epoxy resin, the top layer of e.g. is formed from an acrylate resin. Critical here is whether the top coat can really completely prevent the migration of BPA or bisphenol A diglycidyl ether (BADGE) into the product.
  • BADGE bisphenol A diglycidyl ether
  • WO 2012/162299 describes a system consisting of
  • CN 102952253 A describes certain epoxy resins made from 2,5-furandicarboxylic acid and certain mono-epoxy-functional epihalohydrins, for example epichlorohydrin.
  • US 6353082 describes a way of producing highly branched polyesters by reaction of polyfunctional acid chlorides with polyfunctional epoxides. The resulting polymers are chloride-containing and can contain both epoxy and acid chloride functionalities as reactive end groups. The direct conversion of acid groups with epoxy groups to chloride-free polyesters is not mentioned therein.
  • the object of the present invention was to provide a structure that can replace the bisphenol A-based epoxy resin in the application as a resin component of curable epoxy resins, especially for applications for internal coating of food packaging, the synthesis route and end product should be as free of chlorine as possible.
  • the invention provides polycarboxylic acid polyepoxy esters which can be prepared by reacting (A) with at least one aromatic dicarboxylic acid
  • the reaction of the acid groups of the dicarboxylic acid with the epoxy groups of the polyglycidyl ether is catalyzed in particular by a suitable catalyst, for example a phosphorus catalyst, in particular a phosphine catalyst such as triphenylphosphine or one of the catalysts mentioned below.
  • a suitable catalyst for example a phosphorus catalyst, in particular a phosphine catalyst such as triphenylphosphine or one of the catalysts mentioned below.
  • an aromatic carboxylic acid group H02C-Ar ⁇ reacts with in each case one epoxy group of a glycidyl group
  • Aromatic dicarboxylic acids are compounds in which two carboxylic acid groups are bonded directly to one or two aromatic rings.
  • alkyl groups in the context of the invention preferably have 1 to 20 C atoms. They can be linear, branched or cyclic. Preferably, they have no substituents with heteroatoms.
  • Aryl groups within the meaning of the invention preferably have 6 to 20 carbon atoms. Preferably, they have no substituents with heteroatoms. Heteroatoms are all atoms except C and H atoms.
  • the aromatic dicarboxylic acid (A) is selected from those of the general formula
  • n is a number from 0 to 10
  • Ar is a divalent aromatic ring or a divalent aromatic ring system, preferably phenylene or furanylene and
  • Ra is a linear alkylene group, a branched alkylene group, a cyclic alkylene group or a divalent aromatic group, preferably each having up to 100 carbon atoms.
  • Suitable aromatic dicarboxylic acids are e.g. Di-, tri- or tetracarboxylic acids of benzene (in particular phthalic acid or terephthalic acid), poly (alkylene terephthalate) having two terminal acid groups and preferably 1 to 4 carbon atoms in the alkylene group, di-, tri- or tetracarboxylic acids of furan, especially 2.5 -Furandicarbonklare.
  • the aromatic dicarboxylic acid (A) is selected from 2,5-furandicarboxylic acid and those of the formula
  • n is a number from 0 to 10 and A is an alkylene group having 1 to 4 C atoms, preferably ethylene. Particularly preferred is terephthalic acid.
  • Suitable polyglycidyl ethers (B) are e.g. Glycidyl ethers of non-alkoxylated polyfunctional alcohols having 3 to 10 OH groups and alkoxylated, polyfunctional alcohols having 3 to 10 OH groups, i. wherein the underlying alcohols each have 3 to 10 OH groups and wherein in each case more than two of the OH groups, preferably on average at least 2.3, at least 2.5 or at least three of the OH groups are functionalized with glycidyl ether groups ,
  • Alkoxylated alcohols are alcohols in which at least one of the alcoholic OH groups is alkoxylated, ie is derivatized with a group - (AO) n -, where A is an alkylene group having preferably 1 to 4 C atoms and n is a number of at least 1, preferably at least 2 and preferably up to 10.
  • A is particularly preferably a propylene group, ie the polyglycidyl ether (B) is a glycidyl ether of a propoxylated polyalcohol.
  • Polyglycidyl ethers (B) are, for example, those of the general formula wherein n is a number of at least 3, preferably 3 to 10 and R is derived from an n-valent, non-alkoxylated or alkoxylated, preferably propoxylated polyfunctional alcohol having 3 to 10 OH groups, of which more than two, preferably on average at least 2.3, at least 2.5 or at least three of the OH groups are functionalized with glycidyl ether groups.
  • R preference is given to using a reaction product of pentaerythritol with propylene oxide (preferably at least 1 mol, for example from 2 to 10 mol per mol of pentaerythritol).
  • the polyfunctional alcohol on which the polyglycidyl ethers (B) are based is preferably selected from glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, isosorbide and the addition products of the abovementioned compounds with ethylene oxide and / or preferably with propylene oxide.
  • a preferred polyglycidyl ether (B) is a glycidyl ether of propoxylated pentaerythritol with more than two, e.g. an average of at least 2.3, at least 2.5 or at least three glycidyl ether groups, e.g. a reaction product of pentaerythritol with 4 to 8 mol, preferably 5 to 6 mol of propylene oxide and 2 to 4 mol, preferably 2.5 to 3.7 mol of epichlorohydrin.
  • Polycarboxylic acid polyepoxyesters according to the invention are e.g. those of the general formula
  • n is a number from 1 to 100, preferably 1 to 10,
  • -Gly is a glycidyl radical having the formula
  • Ar is a divalent aromatic ring or a divalent aromatic ring system, preferably phenylene or furanylene and
  • -R- is an (m + 1) -valent alkoxylated or non-alkoxylated radical of a polyfunctional alcohol having 3 to 10, preferably 3 to 5, OH groups,
  • n is a number from 0 to 100 and R is the radical of an at least trifunctional alcohol, whereby the corresponding branched over the lateral glycidyl oligomers and polymers are possible.
  • Another synthesis example is the reaction product of furandicarboxylic acid with a triglycidyl ether:
  • the present invention further relates to a process for the preparation of polycarboxylic polyepoxy esters wherein at least one (described above) aromatic dicarboxylic acid with at least one (described in more detail above) polyglycidyl ether having more than two or at least three glycidyl groups is reacted and the reaction by a suitable catalyst is catalyzed.
  • Suitable catalysts are, for example, phosphines, amines, quaternary ammonium and phosphonium salts, for example tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, tetraethylammonium hydroxide, tetra (n-butyl) ammonium chloride, tetra (n-butyl) ammonium bromide (TBAB), tetra ( n-butyl) ammonium iodide, tetra (n-butyl) ammonium hydroxide, tetra (n-octyl) ammonium chloride, tetra (n-octyl) ammonium bromide, tetra (n-octyl) ammonium iodide, tetra (n-octyl) ammonium hydrox
  • Preferred catalysts are phosphines and onium catalysts.
  • Preferred onium catalysts are phosphonium or ammonium salt catalysts, in particular tetrabutylammonium bromide, tetrabutylphosphonium bromide (TBPB), ethyltriphenylphosphonium iodide, tetraphenylphosphonium bromide and tetrakis (n-butyl) ammonium bromide and the corresponding chlorides, iodides, bromides, acetates, formats, phosphates, borates, Trifluoroacetates, oxalates and bicarbonates.
  • Particularly preferred is a phosphorus catalyst, preferably a phosphine or phosphonium catalyst such as triphenylphosphine or an equivalent catalyst such as ethyl-triphenylphosphonium iodide.
  • the equivalent ratios of the reactants are preferably chosen as follows: Preferably, at least 0.1 equivalent of carboxylic acid is reacted with 1 equivalent of epoxy groups.
  • the equivalence ratio is particularly preferably at least 0.3: 1.0.
  • the catalyst used is an amount of from 0.05 to 0.5% (based on the mixture of starting materials).
  • the reaction is usually carried out in a temperature range of 100 ° C to 200 ° C, preferably 120 ° C to 160 ° C.
  • the reaction can also be carried out in a suitable solvent.
  • the choice of solvent depends on the solubility of the educts and the boiling range required for the reaction.
  • epoxifunctional compounds preferably oligomers
  • a rigid core aromatic ring of the dicarboxylic acid
  • soft structural elements and, in addition, permit high crosslinking densities when used as a curable epoxy resin, which are necessary for good chemical resistance.
  • the compounds of the invention are well suited as coatings, ie for coating, laminating or painting a variety of substrates such as metal, wood, glass, plastics, textiles, etc.
  • the treated surfaces can walls, windows, bridges, piles, beams, floors, roofs, metal containers such Cans, barrels, containers, tubes or parts thereof.
  • the invention therefore also provides a curable epoxy resin composition
  • a curable epoxy resin composition comprising at least one resin component and at least one hardener component, wherein the resin component is a polycarboxylic acid polyesters according to the invention.
  • the curable epoxy resin composition according to the invention comprises less than 40 wt .-%, preferably less than 10 wt .-%, more preferably less than 5 wt .-%, in particular less than 1 wt .-% of bisphenol A or bisphenol F based compounds based on the entire resin component.
  • the curable epoxy resin composition of the invention is free of bisphenol A or bisphenol F based compounds.
  • Bisphenol A or bisphenol F based compounds in the context of the present invention are Bisphenol A and bisphenol F themselves, their diglycidyl ethers, and oligomers or polymers based thereon.
  • the polycarboxylic acid polyepoxy esters according to the invention overall make up a proportion of at least 40% by weight, preferably at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight, based on the total resin component.
  • the total resin component makes up at least 10% by weight, in particular at least 25% by weight, based on the total curable epoxy resin composition.
  • Epoxide compounds in the context of the present invention are compounds having at least one epoxide group, that is to say corresponding reactive diluents, for example.
  • the epoxy compounds of the resin component have on statistical average more than 2, or at least 2.5, at least 3 or at least 4 epoxide groups per molecule.
  • Hardeners in the context of the invention are compounds which are suitable for effecting crosslinking of the polycarboxylic acid polyepoxy esters according to the invention.
  • polyepoxide compounds can be converted into non-fusible, three-dimensionally "crosslinked", duroplastic materials.
  • curing epoxy resins a distinction is made between two types of curing.
  • the curing agent has at least two functional groups which can react with the oxirane and / or hydroxyl groups of the polyepoxide compounds to form covalent bonds (polyaddition reaction).
  • Curing then results in the formation of a polymeric network of covalently linked units derived from the polyepoxide compounds and units derived from the hardener molecules, the degree of crosslinking being controllable via the relative amounts of the functional groups in the hardener and in the polyepoxide compound.
  • a compound which causes the homopolymerization of Polyepoxiditatien each other.
  • Such compounds are often referred to as initiator or catalyst and are often used in conjunction with hardeners to accelerate crosslinking.
  • Homopolymerization-inducing catalysts are Lewis bases (anionic homopolymerization, anionic curing catalysts) or Lewis acids (cationic homopolymerization, cationic curing catalysts). They cause the formation of ether bridges between the epoxide compounds. It is believed that the catalyst reacts with a first epoxide group to form a reactive hydroxy group, which in turn reacts with another epoxide group to form an ether bridge, resulting in a new reactive hydroxy group.
  • Imidazole is an example of a catalyst that induces anionic homopolymerization of epoxide compounds.
  • Boron trifluoride is an example of a catalyst containing a cationic homopolymerization triggers.
  • Suitable functional groups which can undergo a polyaddition reaction with the oxirane groups of polyepoxide compounds are, for example, amino groups, hydroxy groups, thioalcohols or derivatives thereof, isocyanates and carboxyl groups or derivatives thereof, such as anhydrides and dicyandiamide.
  • epoxy resins aliphatic, cycloaliphatic and aromatic polyamines, carboxylic anhydrides, carboxylic acids, polyamidoamines, aminoplasts, e.g. Formaldehyde condensation products of melamine, urea, benzoguanamine or phenoplasts, such as e.g. Novolak, used.
  • acrylate-based oligomeric or polymeric curing agents having hydroxy or glycidyl functions in the side chain as well as epoxy vinylester resins are used.
  • the skilled worker knows for which applications a fast or slow-acting hardener is used.
  • a hardener which acts very slowly (or only at a higher temperature).
  • a hardener which is released as an active form only under conditions of use, for example ketimines or aldimines.
  • Known hardeners have a linear or at most weakly crosslinked structure. They are described, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition on CD-ROM, 1997, Wiley-VCH, Chapter "Epoxy Resins", which is hereby incorporated by reference in its entirety.
  • Suitable hardeners for the curable epoxy resin composition according to the invention are, for example, polyphenols, polycarboxylic acids, polymercaptans, polyamines, primary monoamines, sulfonamides, aminophenols, aminocarboxylic acids, carboxylic anhydrides, phenolic hydroxy-containing carboxylic acids, sulfanilamides, and mixtures thereof.
  • the respective poly compounds for example polyamine
  • Preferred hardeners for the curable epoxy resin composition according to the invention are polycarboxylic acids, polyols and phenolic resins.
  • the curable epoxy resin composition according to the invention comprises at least one polycarboxylic acid as curing agent.
  • Polycarboxylic acid hardeners suitable for the polyaddition reaction are compounds which have at least two carboxylic acid groups. By linking the acid groups of the polycarboxylic acid with the epoxide groups of the polyepoxide compound, polymers are formed whose units derive from the hardeners and the polyepoxide compounds. Carboxylic acid hardeners are therefore generally used in a stoichiometric ratio to the epoxide compounds. If the carboxylic acid hardener has, for example, three functional groups, ie can couple with up to three epoxide groups, crosslinked structures can be formed.
  • the corresponding polycarboxylic acid anhydrides or corresponding polycarboxylic acid esters of lower alcohols or mixtures thereof can also be used.
  • the polycarboxylic acids may be aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic, aromatic or heterocyclic and optionally, for. B. by halogen atoms, substituted and / or unsaturated.
  • aromatic polycarboxylic acids in particular aromatic dicarboxylic acids.
  • linear, branched or cyclic aliphatic polycarboxylic acids for example having 2 to 20, preferably 3 to 10 or 4 to 8 carbon atoms.
  • Linear aliphatic dicarboxylic acids are, for example, those of the general formula HOOC- (CH 2) y -COOH, where y is a number from 1 to 20, preferably an even number from 2 to 20, for. Succinic acid, adipic acid, sebacic acid and dodecanedicarboxylic acid.
  • Preferred polycarboxylic acid hardeners are dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, adipic acid and longer-chain homologues such as sebacic acid.
  • dimer fatty acids e.g., Empol 1022, Emery
  • carboxylic anhydrides such as phthalic anhydride, Tetrahydrophthal Acidanhyhdrid, trimellitic anhydride and others.
  • Particularly suitable are reaction products of polycarboxylic acids with higher functional alcohols, e.g. Glycerol, trimethylolpropane or pentaerythritol (polycarboxylic acid polyester).
  • polyepoxide compound and hardener are preferably used in an approximately stoichiometric ratio, based on the epoxy or curing agent functionality.
  • Particularly suitable ratios of epoxide groups to hardener functionality are, for example, 1: 0.6 to 0.6: 1.
  • the curable epoxy resin composition of the present invention includes a phenolic resin as a curing agent.
  • Phenol resins suitable for the polyaddition reaction have at least two hydroxyl groups.
  • Phenolic resins can typically be used in both stoichiometric and substoichiometric proportions to the epoxy compounds.
  • the use of suitable catalysts promotes the reaction of the secondary hydroxyl groups of the already formed epoxy resin with epoxide groups.
  • Suitable phenolic resins are novolaks, phenolic resoles, generally condensation products of aldehydes (preferably formaldehyde and acetaldehyde) with phenols.
  • Preferred phenols are phenol, cresol, xylenols, p-phenylphenol, p-tert.-butyl-phenol, p-tert.amyl-phenol, cyclopentylphenol, p-nonyl- and p-octylphenol.
  • the curable epoxy resin composition of the invention may also comprise an accelerator for curing.
  • suitable curing accelerators are imidazole or imidazole derivatives or urea derivatives (urones), such as, for example, 1,1-dimethyl-3-phenyl urea (Fenuron).
  • urones such as, for example, 1,1-dimethyl-3-phenyl urea (Fenuron).
  • tertiary amines such as triethanolamine, benzyldimethylamine, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol and tetramethylguanidine as curing accelerator is described (US 4,948,700).
  • the curing of epoxy resins with DICY can be accelerated by the addition of fenuron.
  • the prepolymers used for the preparation of cured epoxy resins often have a high viscosity, which makes the application difficult.
  • the high viscosity of the resins often limits the use of fillers, which is desirable for modifying the mechanical properties of the cured resin composition.
  • the use of fillers allows to reduce the cost of the products made from the resins, such as moldings or coatings. Therefore, diluents are often added to the uncured epoxy resin which reduce the viscosity of the resin to the value desired for use.
  • the curable epoxy resin composition of the present invention may therefore also include a diluent. Diluents for the purposes of this invention are conventional diluents or reactive diluents.
  • diluents usually lowers its viscosity.
  • conventional diluents are typically organic solvents or mixtures thereof, for example ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone (MIBK), diethyl ketone or cyclohexanone, esters of aliphatic carboxylic acids such as ethyl acetate, propyl acetate, methoxypropyl acetate or butyl acetate, glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol or propylene glycol, etc ., Glykolderivate such as ethoxyethanol, ethoxyethanol acetate, ethylene or propylene glycol mono- or dimethyl ether, aromatic hydrocarbons such as toluene or
  • Reactive diluents are low molecular weight substances which, in contrast to conventional solvents, have functional groups, generally oxirane groups, which can react with the hydroxy groups of the resin and / or the functional groups of the hardener to form covalent bonds. Reactive diluents also lower the viscosity of the epoxy resin. Reactive diluents for the purposes of the present invention are aliphatic or cycloaliphatic compounds. They do not evaporate during curing, but are covalently bonded into the forming resin matrix during curing. Suitable reactive diluents are, for example, mono- or polyfunctional oxiranes.
  • Examples of monofunctional reactive diluents are glycidyl ethers of aliphatic and cycloaliphatic monohydroxy compounds having generally 2 to 20 C atoms, such as. B. Ethylhexyl xylglycidylether and glycidyl esters of aliphatic or cycloaliphatic monocarboxylic acids with usually 2 to 20 carbon atoms.
  • Examples of polyfunctional reactive diluents are, in particular, glycidyl ethers of polyfunctional alcohols with generally 2 to 20 C atoms, which on average typically have 1, 5 to 4 glycidyl groups, such as 1,4-butanediol diglycidyl ether,
  • pigments or fillers can be added to the curable epoxy resin compositions of this invention. Suitable are e.g. Metal oxides such as titanium dioxide, zinc oxide and iron oxide or hydroxides, sulfates, carbonates, silicates of these or other metals, for example calcium carbonate, aluminum oxide, aluminum silicates. Further suitable fillers are, for example, silicon dioxide, pyrogenic or precipitated silica and also carbon black, talc, barite or other nontoxic pigments. Mixtures of fillers and pigments can also be used. The proportion by weight of the fillers and pigments in the coating, their particle size, particle hardness and their aspect ratio will be selected by a person skilled in the art according to the application requirements.
  • the curable epoxy resin composition according to the invention may contain further additives as required, for example defoamers, dispersants, wetting agents, emulsifiers, thickeners, biocides, co-solvents, bases, corrosion inhibitors, flame retardants, release agents and / or waxes.
  • the curable epoxy resin composition of the present invention may also contain reinforcing fibers such as glass fibers or carbon fibers. These can be present for example as short fiber pieces of a few mm to cm in length, and as continuous fibers, wound or tissue.
  • the present invention further relates to a process for producing a cured epoxy resin comprising curing the curable epoxy resin composition of the invention described above.
  • the curing can be carried out at atmospheric pressure and at temperatures up to 250 ° C, in particular at temperatures of 20 ° C to less than 235 ° C, preferably at temperatures of 40 to 220 ° C or from 50 to less than 220 ° C, in particular in a temperature range of 100 ° C to 200 ° C.
  • the curing time is preferably 0.1 to 60 minutes, or 0.5 to 20 minutes. more preferably 1 to 10 min.
  • the curing of the curable epoxy resin composition to moldings is usually carried out in a tool until dimensional stability is achieved and the workpiece can be removed from the tool.
  • the subsequent process for reducing residual stresses of the workpiece and / or completing the crosslinking of the cured epoxy resin is called tempering.
  • tempering The subsequent process for reducing residual stresses of the workpiece and / or completing the crosslinking of the cured epoxy resin.
  • the annealing process usually takes place at temperatures at the boundary of the molding It is customary to use at temperatures of 120 ° C. to 220 ° C., preferably at temperatures of 150 ° C. tempered to 220 ° C.
  • the hardened workpiece is exposed to the tempering conditions for a period of 30 to 240 minutes Depending on the dimensions of the workpiece, longer annealing times may also be appropriate.
  • the curable epoxy resin composition When the curable epoxy resin composition is cured to give coatings, the curable epoxy resin composition is first applied to the substrate to be coated, and then the curable epoxy resin composition is cured on the substrate.
  • the curable epoxy resin composition can be applied before or after the desired article is formed by dipping, spraying, rolling, brushing, knife coating or the like in liquid formulations or by applying a powder coating.
  • the application can be carried out on individual pieces (for example can parts) or on basically endless substrates, for example steel rolls in coil coating.
  • the final shape of the articles may be before or after application of the epoxy resins.
  • Suitable substrates are usually made of steel, tinplate (tinned steel) or aluminum (e.g., for beverage cans), which may also be made in 2 or 3 parts by methods known to those skilled in the art.
  • tinplate tinned steel
  • aluminum e.g., for beverage cans
  • P.K.T. Oldring and U. Nehring Packaging Materials, 7th Metal Packaging for Foodstuffs, ILSI Report, 2007, to which reference is hereby made.
  • the present invention further relates to the cured epoxy resins obtainable or obtained by curing the curable epoxy resin composition according to the invention, in particular in the form of coatings on metallic substrates.
  • the present invention further relates to the use of the polycarboxylic acid polyepoxy esters according to the invention or of the curable epoxy resin composition according to the invention for the production of adhesives, composites, moldings and coatings, in particular of coatings preferably of containers, in particular of metal containers such as metal cans, preferably for food packaging ie for the storage or storage of food.
  • the invention will now be explained in more detail by the following nonlimiting examples.
  • Glycidyl ether reaction product of pentaerythritol with 5.5 moles of propylene oxide
  • Phenodur® PR 516 / 60B crosslinker; Phenolic resin, (Cytec)
  • Cycat® XK 406N phosphoric acid based catalyst, (Cytec)
  • the epoxy resin prepared according to Example 1 was used in a standard formulation for can
  • Coating coatings in comparison with a bisphenol A-based epoxy resin (Beckopox® EP 307, 50% solution in methoxypropyl acetate, Fa. Cytec) tested (see Table 1).
  • the paint tests were carried out on tinplate.
  • the coating formulations were applied by means of a doctor blade machine equipped with a 20 ⁇ m helical doctor blade (winding speed 25 mm / s).
  • the coatings thus prepared were under the hood for 30 min. at room temperature (about 20 ° C) predried (evaporation of the solvent).
  • the burn-in time was 12 minutes at 200 ° C.
  • the film thickness after drying gives 7.3 ⁇ . investigations:
  • the adhesion of the coatings to the substrate was carried out by means of a cross-cut test in accordance with DIN EN ISO 2409.
  • the characteristic value GT 0 means: "The cutting edges are completely smooth. No part of the paint has flaked off. "
  • the coated sheets are rapidly bent by up to 180 °, with the coated surface lying on the outside of the bend. With good flexibility of the coating no damage or delamination in the buckling area are observed.
  • a brittle coating tears at the bending edge here the degree of bending is specified, in which the coating is just not damaged.
  • Pendulum hardness [s] 232 216 222 217
  • Pendulum hardness [s] 214 209 217 242

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Abstract

Cured epoxy resins are widely used on account of their excellent mechanical and chemical properties. Normally, epoxy resins based on bisphenol A or bisphenol F diglycidyl ethers are used, but because of the endocrine effect of bisphenol A these are regarded as critical for many applications. The present invention relates to polycarboxylic acid polyepoxy esters that can be produced from at least one aromatic dicarboxylic acid and at least one polyglycidyl ether having more than two glycidyl groups, and curable epoxy resin compositions based thereon, as an alternative to bisphenol A and bisphenol F diglycidyl ethers and epoxy resin compositions based thereon.

Description

Polycarbonsäurepolyepoxyester und darauf basierende härtbare Epoxidharzzusammensetzungen  Polycarboxylic acid polyepoxyesters and curable epoxy resin compositions based thereon
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft bestimmte Polycarbonsäurepolyepoxyester sowie deren Verwendung zur Herstellung von Klebstoffen, Verbundwerkstoffen, Formkörpern oder Beschich- tungen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter härtbare Epoxidharz-Zusammensetzungen umfassend bestimmte Polycarbonsäurepolyepoxyester als Harzkomponente und eine Härter- komponente, sowie Verfahren zur Härtung dieser härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzungen und durch Härtung dieser härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzungen erhältliche bzw. erhaltene gehärtete Epoxidharze. The present invention relates to certain Polycarbonsäurepolyepoxyester and their use for the production of adhesives, composites, moldings or coatings. The present invention further relates to curable epoxy resin compositions comprising certain polycarboxylic acid polyepoxy esters as the resin component and a curing agent component, and to methods for curing these curable epoxy resin compositions and cured epoxy resins obtainable by curing these curable epoxy resin compositions.
Als Epoxidharze bezeichnet man üblicherweise oligomere Verbindungen mit im Mittel mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül, die durch Umsetzung mit geeigneten Härtern oder durch Polymerisation der Epoxidgruppen in Duroplaste bzw. gehärtete Epoxidharze umgewandelt werden. Gehärtete Epoxidharze sind aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen und chemischen Eigenschaften, wie hohe Schlagzähigkeit, hohe Abriebfestigkeit, gute Hitze- und Chemikalienbeständigkeit, insbesondere eine hohe Beständigkeit gegenüber Laugen, Säuren, Ölen und organischen Lösungsmitteln, hohe Witterungsbeständigkeit, ausgezeichnete Haftfähigkeit auf vielen Werkstoffen und hohes elektrisches Isolationsvermögen, weit verbreitet. Sie dienen als Matrix für Faserverbundwerkstoffe ("Composites") und sind oft Hauptbestandteil in Elektro- laminaten, Strukturklebstoffen, Gießharzen, Beschichtungen und Pulverlacken. As epoxy resins are usually called oligomeric compounds having on average more than one epoxide group per molecule, which are converted by reaction with suitable curing agents or by polymerization of the epoxy groups in thermosets or cured epoxy resins. Cured epoxy resins, because of their excellent mechanical and chemical properties, such as high impact strength, high abrasion resistance, good heat and chemical resistance, in particular a high resistance to alkalis, acids, oils and organic solvents, high weather resistance, excellent adhesion to many materials and high electrical insulation capacity , widespread. They serve as a matrix for composites and are often the main component in electro-laminates, structural adhesives, casting resins, coatings and powder coatings.
Die meisten kommerziellen (ungehärteten) Epoxidharze werden durch Kupplung von Epichlor- hydrin an Verbindungen, die wenigstens zwei reaktive Wasserstoffatome besitzen, wie Poly- phenole, Mono- und Diamine, Aminophenole, heterocyclische Imide und Amide, aliphatische Diole oder Polyole oder dimere Fettsäuren, hergestellt. Epoxidharze, die sich von Epichlor- hydrin ableiten, werden als Glycidyl-basierte Harze bezeichnet. In der Regel werden Bisphenol- A- oder Bisphenol-F-Diglycidylether bzw. die entsprechenden Oligomere als Epoxidharze eingesetzt. Most commercial (uncured) epoxy resins are prepared by coupling epichlorohydrin to compounds having at least two reactive hydrogen atoms, such as polyphenols, mono- and diamines, aminophenols, heterocyclic imides and amides, aliphatic diols or polyols, or dimer fatty acids , Epoxy resins derived from epichlorohydrin are referred to as glycidyl based resins. As a rule, bisphenol A or bisphenol F diglycidyl ethers or the corresponding oligomers are used as epoxy resins.
Insbesondere an Beschichtungen von Behältern für die Lagerung von Lebensmitteln und Getränken werden hohe Anforderungen gestellt. So soll die Beschichtung stark sauren oder salz- haltigen Lebensmitteln (z.B. Tomaten) oder Getränken widerstehen, damit keine Korrosion des Metalls eintritt, die wiederum zur Kontamination des Füllguts führen könnte. Andererseits darf die Beschichtung nicht den Geschmack oder das Aussehen der Lebensmittel beeinträchtigen. Da während der Herstellung der Behälter oft bereits beschichtete Behälter weiter geformt werden, muss die Beschichtung flexibel sein. Viele Füllgüter, z.B. Lebensmittel, werden erst in der Dose sterilisiert; daher muss die Beschichtung eine Erhitzung auf 121 °C mindestens 2 Stunden unbeschädigt und ohne Migration von Inhaltsstoffen ins Füllgut überstehen. Das erforderliche Eigenschaftsprofil aus Flexibilität, guter Haftung und hoher Beständigkeit der ausgehärteten polymeren Beschichtungen wird meist durch Kombination von aromatischen Struktureinheiten mit sekundären Hydroxylgruppen und unterschiedlichen Netzwerkdichten der Duroplaste er- reicht. Diese Strukturelemente kennzeichnen die üblicherweise verwendeten gehärteten Epoxidharze auf Basis von Bisphenol A und F. Especially on coatings of containers for the storage of food and drinks high demands are made. Thus, the coating should withstand strongly acidic or salt-containing foods (eg tomatoes) or drinks, so that no corrosion of the metal occurs, which in turn could lead to contamination of the contents. On the other hand, the coating must not affect the taste or appearance of the food. Since coated containers are often further formed during the manufacture of the containers, the coating must be flexible. Many fillings, eg food, are first sterilized in the can; Therefore, the coating must survive heating to 121 ° C for at least 2 hours undamaged and without migration of ingredients into the product. The required property profile of flexibility, good adhesion and high resistance of the cured polymeric coatings is usually achieved by combining aromatic structural units with secondary hydroxyl groups and different network densities of the thermosets. enough. These structural elements characterize the commonly used cured epoxy resins based on bisphenol A and F.
Epoxidharze werden z.B. beschrieben in US 4722981 , US 2002/0128428, EP 501575, Epoxy resins are e.g. described in US 4722981, US 2002/0128428, EP 501575,
WO 99/55759, US 5852163, WO 98/51728, US4302574, CA 1091690, US 3864316, WO 99/55759, US 5852163, WO 98/51728, US 4302574, CA 1091690, US 3864316,
US 4474935, US 5171820, WO 00/01779 und WO 2008/045882. US 4474935, US 5171820, WO 00/01779 and WO 2008/045882.
Die Verwendung von Epoxidharzen auf Basis von Bisphenol-A- oder Bisphenol-F-diglycidyl- ether wird in zunehmend mehr Bereichen als problematisch identifiziert, da die entsprechenden Diole wegen ihrer endokrinen Wirkung als bedenklich angesehen werden. Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Vorschläge gemacht worden: The use of epoxide resins based on bisphenol A or bisphenol F diglycidyl ether is identified in more and more areas as problematic because the corresponding diols are considered to be of concern because of their endocrine activity. To solve this problem, various proposals have been made:
US 2012/01 16048 offenbart ein Bisphenol-A (BPA) und Bisphenol-F (BPF) freies Polymer, das neben Esterbindungen auch Hydroxyetherbrücken umfasst, wobei Diepoxide zum Einsatz kommen, die auf offenkettige aliphatische Diole wie Neopentylglykol (NPG), einfache cyclo- aliphatische Diole wie 1 ,4-Cyclohexandimethanol oder aromatische Diole wie Resorcin basieren. Erfahrungsgemäß ergeben die beschriebenen aliphatischen und cycloaliphatischen Diole jedoch sehr weiche und wenig temperatur- und chemikalienbeständige Beschichtungen. WO 2012/089657 offenbart eine BPA-freie Zubereitung aus einem filmbildenden Harz sowie einem Adhäsionspromotor. Als Harz wird ein epoxidiertes Harz hergestellt, beispielsweise aus den Diglycidylethern von NPG, Ethylenglycol, Propylen- oder Dipropylenglycol, 1 ,4-Butandiol oder 1 ,6-Hexandiol. Hier sind die gleichen Einschränkungen der Beschichtungseigenschaften wie im vorigen Beispiel zu erwarten. US 2012/01 16048 discloses a bisphenol-A (BPA) and bisphenol-F (BPF) -free polymer which, in addition to ester linkages, also comprises hydroxy ether bridges, using diepoxides which are based on open-chain aliphatic diols such as neopentyl glycol (NPG), simple cyclic aliphatic diols such as 1,4-cyclohexanedimethanol or aromatic diols such as resorcinol. Experience has shown, however, that the described aliphatic and cycloaliphatic diols give very soft and low temperature and chemical resistant coatings. WO 2012/089657 discloses a BPA-free preparation of a film-forming resin and an adhesion promoter. As the resin, an epoxidized resin is prepared, for example, from the diglycidyl ethers of NPG, ethylene glycol, propylene or dipropylene glycol, 1,4-butanediol or 1,6-hexanediol. Here are the same limitations of the coating properties as expected in the previous example.
WO 2010/100122 schlägt ein Beschichtungssystem vor, das erhältlich ist durch Umsetzung eines epoxidierten Pflanzenöls mit hydroxyfunktionellen Verbindungen wie z.B. Propylenglycol, Propan-1 ,3-diol, Ethylenglycol, NPG, Trimethylolpropan, Diethylenglycol u.a. US 2004/0147638 beschreibt ein 2-Schichten (Kern/Hülle)-System, bei dem der Kern aus einem BPA- oder BPF-basierten Epoxidharz, die Deckschicht z.B. aus einem Acrylatharz gebildet wird. Kritisch ist hier, ob die Deckschicht wirklich vollständig die Migration von BPA oder Bis- phenol-A-Diglycidylether (BADGE) in das Füllgut verhindern kann. WO 2012/162299 beschreibt ein System bestehend aus einem Polyetherpolyol mit einerWO 2010/100122 proposes a coating system obtainable by reacting an epoxidized vegetable oil with hydroxy-functional compounds, e.g. Propylene glycol, propane-1,3-diol, ethylene glycol, NPG, trimethylolpropane, diethylene glycol, and the like. US 2004/0147638 describes a 2-layer (core / shell) system in which the core of a BPA or BPF-based epoxy resin, the top layer of e.g. is formed from an acrylate resin. Critical here is whether the top coat can really completely prevent the migration of BPA or bisphenol A diglycidyl ether (BADGE) into the product. WO 2012/162299 describes a system consisting of a polyether polyol with a
OH-Funktionalität von 3-8 OH Gruppen pro Molekül und einem Reaktionsprodukt aus Phosphor-haltiger Säure mit Polyepoxiden und/oder Polyester-Polyolen, welches mit Phenol-oder Aminoharzen ausgehärtet wird. Auch hier wird auf die Abwesenheit von Bisphenol-A als Merkmal hingewiesen. OH functionality of 3-8 OH groups per molecule and a reaction product of phosphorus-containing acid with polyepoxides and / or polyester-polyols, which is cured with phenolic or amino resins. Again, attention is drawn to the absence of bisphenol-A as a feature.
Die CN 102952253 A beschreibt bestimmte Epoxyharze, hergestellt aus 2,5-Furandicarbon- säure und bestimmten mono-epoxyfunktionellen Epihalohydrinen z.B. Epichlorhydrin. Die US 6353082 beschreibt einen Weg zur Herstellung hochverzweigter Polyester durch Reaktion von polyfunktionellen Säurechloriden mit polyfunktionellen Epoxiden. Die entstehenden Polymere sind chloridhaltig und können dabei sowohl Epoxi- als auch Säurechlorid-Funktionalitäten als reaktive Endgruppen enthalten. Die direkte Umsetzung von Säuregruppen mit Epoxi- gruppen zu chloridfreien Polyestern wird darin nicht erwähnt. CN 102952253 A describes certain epoxy resins made from 2,5-furandicarboxylic acid and certain mono-epoxy-functional epihalohydrins, for example epichlorohydrin. US 6353082 describes a way of producing highly branched polyesters by reaction of polyfunctional acid chlorides with polyfunctional epoxides. The resulting polymers are chloride-containing and can contain both epoxy and acid chloride functionalities as reactive end groups. The direct conversion of acid groups with epoxy groups to chloride-free polyesters is not mentioned therein.
Organisch gebundenes Chlor in der Polymerstruktur birgt in Coating-Anwendungen immer die Gefahr, dass es bei Degeneration zu Abspaltungen von HCl führen kann, welches sehr korrosiv wirkt. In Lebensmittelkontakt-Applikationen ist die Toxikologie von organischen Chlorverbindun- gen ein weiteres sehr kritisches Thema, hier kann Migration von chlorhaltigen Spaltprodukten zu Problemen führen. Daher besteht ein Interesse an chlorfreien Verbindungen und chlorfreien Synthesewegen bzw. an Polymeren mit möglichst geringem Anteil an organisch gebundenem Chlor. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Struktur bereitzustellen, die das Bisphenol-A- basierte Epoxidharz in der Anwendung als Harzkomponente von härtbaren Epoxidharzen ersetzen kann, insbesondere für Anwendungen zur Innenbeschichtung von Lebensmittelverpackungen, wobei Syntheseweg und Endprodukt möglichst chlorfrei sein sollte. Gegenstand der Erfindung sind Polycarbonsäurepolyepoxyester, herstellbar durch Umsetzung von (A) mindestens einer aromatischen Dicarbonsäure mit Organically bound chlorine in the polymer structure always carries the risk in coating applications that it can lead to splitting off of HCl during degeneration, which has a very corrosive effect. In food contact applications, the toxicology of organic chlorine compounds is another very critical topic, where migration of chlorine-containing fission products can lead to problems. Therefore, there is an interest in chlorine-free compounds and chlorine-free synthesis routes or on polymers with the lowest possible proportion of organically bound chlorine. The object of the present invention was to provide a structure that can replace the bisphenol A-based epoxy resin in the application as a resin component of curable epoxy resins, especially for applications for internal coating of food packaging, the synthesis route and end product should be as free of chlorine as possible. The invention provides polycarboxylic acid polyepoxy esters which can be prepared by reacting (A) with at least one aromatic dicarboxylic acid
(B) mindestens einem Polyglycidylether, welcher eine mittlere Glycidylfunktionalität von größer als zwei, vorzugsweise von mindestens 2,3 aufweist. Die Umsetzung der Säuregruppen der Dicarbonsäure mit den Epoxygruppen des Polyglycidyl- ethers wird insbesondere durch einen geeigneten Katalysator, z.B. einen Phosphor-Katalysator, insbesondere einen Phosphin-Katalysator wie z.B. Triphenylphosphin oder einen der unten genannten Katalysatoren katalysiert. Bei der Umsetzung reagiert jeweils eine aromatische Carbonsäuregruppe H02C-Ar~ mit jeweils einer Epoxygruppe einer Glycidylgruppe
Figure imgf000004_0001
(B) at least one polyglycidyl ether which has an average glycidyl functionality of greater than two, preferably of at least 2.3. The reaction of the acid groups of the dicarboxylic acid with the epoxy groups of the polyglycidyl ether is catalyzed in particular by a suitable catalyst, for example a phosphorus catalyst, in particular a phosphine catalyst such as triphenylphosphine or one of the catalysts mentioned below. In the reaction, in each case an aromatic carboxylic acid group H02C-Ar ~ reacts with in each case one epoxy group of a glycidyl group
Figure imgf000004_0001
unter Bildung einer Hydroxyesterstruktureinheit ~0-CH2-CHOH-CH2-0-CO-Ar~.  to form a hydroxy ester moiety ~0-CH2-CHOH-CH2-O-CO-Ar ~.
Aromatische Dicarbonsäuren sind Verbindungen, bei denen zwei Carbonsäuregruppen direkt an einem oder an zwei aromatischen Ringen gebunden sind. Aromatic dicarboxylic acids are compounds in which two carboxylic acid groups are bonded directly to one or two aromatic rings.
Sofern nicht anders angegeben, besitzen Alkyl-Gruppen im Sinne der Erfindung vorzugsweise 1 bis 20 C-Atome. Sie können linear, verzweigt oder cyclisch sein. Bevorzugt weisen sie keine Substituenten mit Heteroatomen auf. Aryl-Gruppen im Sinne der Erfindung besitzen vorzugsweise 6 bis 20 C-Atome. Bevorzugt weisen sie keine Substituenten mit Heteroatomen auf. He- teroatome sind alle Atome außer C- und H-Atome. Vorzugsweise ist die aromatische Dicarbonsäure (A) ausgewählt aus solchen der allgemeinen Formel Unless stated otherwise, alkyl groups in the context of the invention preferably have 1 to 20 C atoms. They can be linear, branched or cyclic. Preferably, they have no substituents with heteroatoms. Aryl groups within the meaning of the invention preferably have 6 to 20 carbon atoms. Preferably, they have no substituents with heteroatoms. Heteroatoms are all atoms except C and H atoms. Preferably, the aromatic dicarboxylic acid (A) is selected from those of the general formula
H02C-Ar-C02[-Ra-02C-Ar-C02]n-H H0 2 C-Ar-C02 [-R 0 2 C-Ar-C02] nH
wobei n eine Zahl von 0 bis 10, where n is a number from 0 to 10,
Ar ein divalenter aromatischer Ring oder ein divalentes aromatisches Ringsystem, vorzugsweise Phenylen oder Furanylen und Ar is a divalent aromatic ring or a divalent aromatic ring system, preferably phenylene or furanylene and
Ra eine lineare Alkylengruppe, eine verzweigte Alkylengruppe, eine cyclische Alkylengruppe oder eine divalente aromatische Gruppe mit vorzugsweise jeweils bis zu 100 C-Atomen bedeuten.  Ra is a linear alkylene group, a branched alkylene group, a cyclic alkylene group or a divalent aromatic group, preferably each having up to 100 carbon atoms.
Geeignete aromatische Dicarbonsäuren sind z.B. Di-, Tri- oder Tetracarbonsäuren des Benzol (insbesondere Phthalsäure oder Terephthalsäure), Poly(alkylenterephthalat) mit zwei endständigen Säuregruppen und vorzugsweise 1 bis 4 C-Atomen in der Alkylengruppe, Di-, Tri- oder Tetracarbonsäuren des Furans, insbesondere 2,5-Furandicarbonsäure. Suitable aromatic dicarboxylic acids are e.g. Di-, tri- or tetracarboxylic acids of benzene (in particular phthalic acid or terephthalic acid), poly (alkylene terephthalate) having two terminal acid groups and preferably 1 to 4 carbon atoms in the alkylene group, di-, tri- or tetracarboxylic acids of furan, especially 2.5 -Furandicarbonsäure.
Vorzugsweise ist die die aromatische Dicarbonsäure (A) ausgewählt aus 2,5-Furandicarbonsäure und solchen der Formel
Figure imgf000005_0001
Preferably, the aromatic dicarboxylic acid (A) is selected from 2,5-furandicarboxylic acid and those of the formula
Figure imgf000005_0001
wobei n eine Zahl von 0 bis 10 und A eine Alkylengruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, vorzugsweise Ethylen ist. Besonders bevorzugt ist Terephthalsäure. where n is a number from 0 to 10 and A is an alkylene group having 1 to 4 C atoms, preferably ethylene. Particularly preferred is terephthalic acid.
Geeignete Polyglycidylether (B) sind z.B. Glycidylether von nicht-alkoxylierten, polyfunktionellen Alkoholen mit 3 bis 10 OH-Gruppen und alkoxylierten, polyfunktionellen Alkoholen mit 3 bis 10 OH-Gruppen, d.h. wobei die zugrundeliegenden Alkohole jeweils 3 bis 10 OH-Gruppen auf- weisen und wobei jeweils im Mittel mehr als zwei der OH-Gruppen, vorzugsweise im Mittel mindestens 2,3, mindestens 2,5 oder mindestens drei der OH-Gruppen mit Glycidylethergruppen funktionalisiert sind. Suitable polyglycidyl ethers (B) are e.g. Glycidyl ethers of non-alkoxylated polyfunctional alcohols having 3 to 10 OH groups and alkoxylated, polyfunctional alcohols having 3 to 10 OH groups, i. wherein the underlying alcohols each have 3 to 10 OH groups and wherein in each case more than two of the OH groups, preferably on average at least 2.3, at least 2.5 or at least three of the OH groups are functionalized with glycidyl ether groups ,
Besonders bevorzugt sind Glycidylether von alkoxylierten, insbesondere propoxylierten poly- funktionellen Alkoholen. Alkoxylierte Alkohole sind Alkohole, bei denen mindestens eine der alkoholischen OH-Gruppen alkoxyliert ist, d.h. mit einer Gruppe -(AO)n- derivatisiert ist, wobei A eine Alkylengruppe mit vorzugsweise 1 bis 4 C-Atomen und n eine Zahl von mindestens 1 , vorzugsweise mindestens 2 und vorzugsweise bis zu 10 ist. Besonders bevorzugt ist A eine Propy- lengruppe, d.h. der Polyglycidylether (B) ist ein Glycidylether eines propoxylierten Polyalkohols. Particular preference is given to glycidyl ethers of alkoxylated, in particular propoxylated, polyfunctional alcohols. Alkoxylated alcohols are alcohols in which at least one of the alcoholic OH groups is alkoxylated, ie is derivatized with a group - (AO) n -, where A is an alkylene group having preferably 1 to 4 C atoms and n is a number of at least 1, preferably at least 2 and preferably up to 10. A is particularly preferably a propylene group, ie the polyglycidyl ether (B) is a glycidyl ether of a propoxylated polyalcohol.
Polyglycidylether (B) sind z.B. solche der allgemeinen rmel
Figure imgf000005_0002
wobei n eine Zahl von mindestens 3, vorzugsweise 3 bis 10 ist und R abgeleitet ist von einem n-valenten, nicht-alkoxylierten oder alkoxylierten, vorzugsweise propoxylierten polyfunktionellen Alkohol mit 3 bis 10 OH-Gruppen, von denen im Mittel mehr als zwei, vorzugsweise im Mittel mindestens 2,3, mindestens 2,5 oder mindestens drei der OH-Gruppen mit Glycidylethergrup- pen funktionalisiert sind. Bevorzugt wird für die Struktur von R ein Umsetzungsprodukt von Pen- taerythrit mit Propylenoxid (vorzugsweise mindestens 1 mol, z.B. 2 bis 10 mol pro mol Pentaery- thrit) verwendet.
Polyglycidyl ethers (B) are, for example, those of the general formula
Figure imgf000005_0002
wherein n is a number of at least 3, preferably 3 to 10 and R is derived from an n-valent, non-alkoxylated or alkoxylated, preferably propoxylated polyfunctional alcohol having 3 to 10 OH groups, of which more than two, preferably on average at least 2.3, at least 2.5 or at least three of the OH groups are functionalized with glycidyl ether groups. For the structure of R, preference is given to using a reaction product of pentaerythritol with propylene oxide (preferably at least 1 mol, for example from 2 to 10 mol per mol of pentaerythritol).
Der den Polyglycidylethern (B) zugrundeliegende polyfunktionelle Alkohol ist vorzugsweise ausgewählt aus Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Isosorbid sowie den Additionsprodukten der vorgenannten Verbindungen mit Ethylenoxid und/oder vorzugsweise Propylenoxid. Ein bevorzugter Polyglycidylether (B) ist ein Glycidylether von propoxyliertem Pentaerythrit mit mehr als zwei, z.B. im Mittel mindestens 2,3, mindestens 2,5 oder mindestens drei Glycidylethergruppen, z.B. ein Reaktionsprodukt aus Pentaerythrit mit 4 bis 8 mol, vorzugswei- se 5 bis 6 mol Propylenoxid und 2 bis 4 mol, vorzugsweise 2,5 bis 3,7 mol Epichlorhydrin. The polyfunctional alcohol on which the polyglycidyl ethers (B) are based is preferably selected from glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, isosorbide and the addition products of the abovementioned compounds with ethylene oxide and / or preferably with propylene oxide. A preferred polyglycidyl ether (B) is a glycidyl ether of propoxylated pentaerythritol with more than two, e.g. an average of at least 2.3, at least 2.5 or at least three glycidyl ether groups, e.g. a reaction product of pentaerythritol with 4 to 8 mol, preferably 5 to 6 mol of propylene oxide and 2 to 4 mol, preferably 2.5 to 3.7 mol of epichlorohydrin.
Erfindungsgemäße Polycarbonsäurepolyepoxyester sind z.B. solche der allgemeinen Formel Polycarboxylic acid polyepoxyesters according to the invention are e.g. those of the general formula
(Gly-)mR-0[-CH2-CHOH-CH2-0-CO-Ar-CO-0-CH2-CHOH-CH2-0-R(-Gly)m-i]n-Gly wobei m eine Zahl von 2 bis 9, vorzugsweise 2 bis 4 ist, (Gly-) m R-O [-CH 2 -CHOH-CH 2 -O-CO-Ar-CO-O-CH 2 -CHOH-CH 2 -O-R (-Gly) m -i] n-Gly where m is a number from 2 to 9, preferably 2 to 4,
n eine Zahl von 1 bis 100, vorzugsweise 1 bis 10 ist, n is a number from 1 to 100, preferably 1 to 10,
-Gly ein Glycidylrest ist mit der Formel
Figure imgf000006_0001
-Gly is a glycidyl radical having the formula
Figure imgf000006_0001
Ar ein divalenter aromatischer Ring oder ein divalentes aromatisches Ringsystem ist, vorzugsweise Phenylen oder Furanylen und Ar is a divalent aromatic ring or a divalent aromatic ring system, preferably phenylene or furanylene and
-R- ein (m+1 )-valenter alkoxylierter oder nicht-alkoxylierter Rest eines polyfunktionellen Alkohols mit 3 bis 10, vorzugsweise 3 bis 5 OH-Gruppen ist,  -R- is an (m + 1) -valent alkoxylated or non-alkoxylated radical of a polyfunctional alcohol having 3 to 10, preferably 3 to 5, OH groups,
wobei auch die entsprechenden, über seitenständige Glycidylgruppen verzweigte Oligomere und Polymere möglich sind. wherein the corresponding branched via lateral glycidyl oligomers and polymers are also possible.
Das folgende erfindungsgemäße Reaktionsschema ist ein Synthesebeispiel für die Umsetzung von Terephthalsäure mit einem Triglycidylether:
Figure imgf000007_0001
The following reaction scheme according to the invention is a synthesis example for the reaction of terephthalic acid with a triglycidyl ether:
Figure imgf000007_0001
Wobei n eine Zahl von 0 bis 100 und R der Rest eines mindestens trifunktionellen Alkohols ist, wobei auch die entsprechenden, über die seitenständigen Glycidylgruppen verzweigten Oligo- mere und Polymere möglich sind. Where n is a number from 0 to 100 and R is the radical of an at least trifunctional alcohol, whereby the corresponding branched over the lateral glycidyl oligomers and polymers are possible.
Ein weiteres Synthesebeispiel ist das Umsetzungsprodukt von Furandicarbonsäure mit einem Triglycidylether: Another synthesis example is the reaction product of furandicarboxylic acid with a triglycidyl ether:
Figure imgf000007_0002
Figure imgf000007_0002
Wobei auch hier wie in dem vorhergehenden Beispiel die entsprechenden Oligomere und Polymere möglich sind. Where also here as in the previous example, the corresponding oligomers and polymers are possible.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäurepo- lyepoxyestern wobei mindestens eine (oben näher beschriebene) aromatische Dicarbonsäure mit mindestens einem (oben näher beschriebenen) Polyglycidylether, welcher mehr als zwei oder mindestens drei Glycidylgruppen aufweist, umgesetzt wird und die Umsetzung durch einen geeigneten Katalysator katalysiert wird. The present invention further relates to a process for the preparation of polycarboxylic polyepoxy esters wherein at least one (described above) aromatic dicarboxylic acid with at least one (described in more detail above) polyglycidyl ether having more than two or at least three glycidyl groups is reacted and the reaction by a suitable catalyst is catalyzed.
Geeignete Katalysatoren sind z.B. Phosphine, Amine, quaternäre Ammonium und Phosphoni- umsalze, wie z.B. Tetraethylammoniumchlorid, Tetraethylammoniumbromid, Tetraethylammoni- umiodid, Tetraethylammoniumhydroxid, Tetra(n-butyl)ammoniumchlorid, Tetra(n-butyl)ammo- niumbromid (TBAB), Tetra(n-butyl)ammoniumiodid, Tetra(n-butyl)ammoniumhydroxid, Tetra(n- octyl)ammoniumchlorid, Tetra(n-octyl)ammoniumbromid, Tetra(n-octyl)ammoniumiodid, Tetra(n- octyl)ammoniumhydroxid, Methyltris(n-octyl)ammoniumchlorid, Tetrabutylphosphoniumbromid (TBPB), Bis(tetraphenylphosphoranyliden)ammoniumchlorid, Ethyltri-p-tolylphosphoniumacetat und dessen Essigsäurekomplex, Ethyltriphenylphosphoniumacetat und dessen Essigsäurekomplex, N-Methylmorpholin, 2-Phenylimidazol, oder Kombinationen davon und ähnliche. Bevorzugte Katalysatoren sind Phosphine und Onium-Katalysatoren. Bevorzugte Onium-Katalysatoren sind Phosphonium- oder Ammoniumsalzkatalysatoren, insbesondere Tetrabutylammoni- umbromid, Tetrabutylphosphoniumbromid (TBPB), Ethyltriphenylphosphoniumiodid, Tetraphe- nylphosphoniumbromid und Tetrakis(n-butyl)ammoniumbromid und die korrespondierenden Chloride, lodide, Bromide, Acetate, Formate, Phosphate, Borate, Trifluoroacetate, Oxalate und Bicarbonate. Besonders bevorzugt ist ein Phosphor-Katalysator, vorzugsweise ein Phosphin- oder Phosphoniumkatalysator wie z.B. Triphenylphosphin oder ein gleichwirkender Katalysator wie z.B. Ethyl-triphenylphosphoniumjodid. Suitable catalysts are, for example, phosphines, amines, quaternary ammonium and phosphonium salts, for example tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, tetraethylammonium hydroxide, tetra (n-butyl) ammonium chloride, tetra (n-butyl) ammonium bromide (TBAB), tetra ( n-butyl) ammonium iodide, tetra (n-butyl) ammonium hydroxide, tetra (n-octyl) ammonium chloride, tetra (n-octyl) ammonium bromide, tetra (n-octyl) ammonium iodide, tetra (n-octyl) ammonium hydroxide, methyltris (n- octyl) ammonium chloride, tetrabutylphosphonium bromide (TBPB), bis (tetraphenylphosphoranylidene) ammonium chloride, ethyltri-p-tolylphosphonium acetate and its acetic acid complex, ethyltriphenylphosphonium acetate and its acetic acid complex, N-methylmorpholine, 2-phenylimidazole, or combinations thereof and the like. Preferred catalysts are phosphines and onium catalysts. Preferred onium catalysts are phosphonium or ammonium salt catalysts, in particular tetrabutylammonium bromide, tetrabutylphosphonium bromide (TBPB), ethyltriphenylphosphonium iodide, tetraphenylphosphonium bromide and tetrakis (n-butyl) ammonium bromide and the corresponding chlorides, iodides, bromides, acetates, formats, phosphates, borates, Trifluoroacetates, oxalates and bicarbonates. Particularly preferred is a phosphorus catalyst, preferably a phosphine or phosphonium catalyst such as triphenylphosphine or an equivalent catalyst such as ethyl-triphenylphosphonium iodide.
Die Äquivalentverhältnisse der Reaktanden (Säuregruppen und Epoxygruppen) werden vorzugsweise wie folgt gewählt: Vorzugsweise werden mindestens 0,1 Äquivalente Carbonsäure mit 1 Äquivalent Epoxygruppen zur Reaktion gebracht. Besonders bevorzugt liegt das Äquiva- lentverhältnis bei mindestens 0,3 : 1 ,0. Als Katalysator wird eine Menge von 0,05 bis 0,5% (bezogen auf die Mischung der Edukte) eingesetzt. The equivalent ratios of the reactants (acid groups and epoxy groups) are preferably chosen as follows: Preferably, at least 0.1 equivalent of carboxylic acid is reacted with 1 equivalent of epoxy groups. The equivalence ratio is particularly preferably at least 0.3: 1.0. The catalyst used is an amount of from 0.05 to 0.5% (based on the mixture of starting materials).
Die Reaktion erfolgt üblicherweise in einem Temperaturbereich von 100°C bis 200°C, bevorzugt 120°C bis 160°C. Die Reaktion kann auch in einem geeigneten Lösemittel durchgeführt wer- den. Die Wahl des Lösemittels richtet sich nach der Löslichkeit der Edukte sowie dem für die Reaktionsführung erforderlichen Siedebereich. The reaction is usually carried out in a temperature range of 100 ° C to 200 ° C, preferably 120 ° C to 160 ° C. The reaction can also be carried out in a suitable solvent. The choice of solvent depends on the solubility of the educts and the boiling range required for the reaction.
Erfindungsgemäß werden epoxifunktionelle Verbindungen (vorzugsweise Oligomere) erhalten, welche neben einem rigiden Kern (aromatischer Ring der Dicarbonsäure) weiche Strukturele- mente enthalten und darüber hinaus durch eine hohe Funktionalität hohe Vernetzungsdichten bei einer Verwendung als härtbares Epoxidharz ermöglichen, welche für gute Chemikalienbeständigkeit notwendig sind. According to the invention, epoxifunctional compounds (preferably oligomers) are obtained which, in addition to a rigid core (aromatic ring of the dicarboxylic acid), contain soft structural elements and, in addition, permit high crosslinking densities when used as a curable epoxy resin, which are necessary for good chemical resistance.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen eignen sich gut als Coatings, also zum Beschichten, Laminieren oder Lackieren verschiedenster Substrate wie Metall, Holz, Glas, Kunststoffen, Textilien etc. Die behandelten Oberflächen können Wände, Fenster, Brücken, Pfähle, Träger, Böden, Dächer, Metallbehälter wie Dosen, Fässer, Container, Tuben oder Teile davon sein. The compounds of the invention are well suited as coatings, ie for coating, laminating or painting a variety of substrates such as metal, wood, glass, plastics, textiles, etc. The treated surfaces can walls, windows, bridges, piles, beams, floors, roofs, metal containers such Cans, barrels, containers, tubes or parts thereof.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung, enthal- tend mindestens eine Harzkomponente und mindestens eine Härterkomponente, wobei die Harzkomponente ein erfindungsgemäßer Polycarbonsäurepolyepoxyester ist. The invention therefore also provides a curable epoxy resin composition comprising at least one resin component and at least one hardener component, wherein the resin component is a polycarboxylic acid polyesters according to the invention.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung weniger als 40 Gew.-%, bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, insbesondere weniger als 1 Gew.-% Bisphenol A oder Bisphenol F basierte Verbindungen bezogen auf die gesamte Harzkomponente auf. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung frei von Bisphenol A oder Bisphenol F basierten Verbindungen. Bisphenol A oder Bisphenol F basierte Verbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Bisphenol A und Bisphenol F selbst, deren Diglycidylether, sowie darauf basierende Oligo- oder Polymere. Preferably, the curable epoxy resin composition according to the invention comprises less than 40 wt .-%, preferably less than 10 wt .-%, more preferably less than 5 wt .-%, in particular less than 1 wt .-% of bisphenol A or bisphenol F based compounds based on the entire resin component. Preferably, the curable epoxy resin composition of the invention is free of bisphenol A or bisphenol F based compounds. Bisphenol A or bisphenol F based compounds in the context of the present invention are Bisphenol A and bisphenol F themselves, their diglycidyl ethers, and oligomers or polymers based thereon.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen härtbaren Epoxidharz- Zusammensetzung machen die erfindungsgemäßen Polycarbonsäurepolyepoxyester insgesamt einen Anteil von mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, insbesondere mindestens 80 Gew.-% bezogen auf die gesamte Harzkomponente aus. In a preferred embodiment of the curable epoxy resin composition according to the invention, the polycarboxylic acid polyepoxy esters according to the invention overall make up a proportion of at least 40% by weight, preferably at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight, based on the total resin component.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen härtbaren Epoxidharz- Zusammensetzung macht die gesamte Harzkomponente mindesten 10 Gew.-%, insbesondere mindestens 25 Gew.-% bezogen auf die gesamte härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung aus. In a preferred embodiment of the curable epoxy resin composition according to the invention, the total resin component makes up at least 10% by weight, in particular at least 25% by weight, based on the total curable epoxy resin composition.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle Epoxidverbindungen der Harzkomponente zuzurechnen. Epoxidverbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Verbindungen mit min- destens einer Epoxidgruppe, also beispielsweise auch entsprechende Reaktivverdünner. Vorzugsweise weisen die Epoxidverbindungen der Harzkomponente im statistischen Mittel mehr als 2, oder mindestens 2,5, mindestens 3 oder mindestens 4 Epoxidgruppen pro Molekül auf. For the purposes of the present invention, all epoxy compounds are attributable to the resin component. Epoxide compounds in the context of the present invention are compounds having at least one epoxide group, that is to say corresponding reactive diluents, for example. Preferably, the epoxy compounds of the resin component have on statistical average more than 2, or at least 2.5, at least 3 or at least 4 epoxide groups per molecule.
Härter im Sinne der Erfindung sind Verbindungen, die geeignet sind, eine Vernetzung der erfin- dungsgemäßen Polycarbonsäurepolyepoxyester zu bewirken. Durch Umsetzung mit Härtern können Polyepoxidverbindungen in nicht schmelzbare, dreidimensional "vernetzte", duroplastische Materialien überführt werden. Bei der Härtung von Epoxidharzen unterscheidet man zwischen zwei Härtungstypen. Im ersten Fall weist der Härter wenigstens zwei funktionellen Gruppen auf, welche mit den Oxiran- und/oder Hydroxygruppen der Polyepoxidverbindungen unter Ausbildung kovalenter Bindungen reagieren können (Polyadditionsreaktion). Beim Aushärten kommt es dann zur Ausbildung eines polymeren Netzwerkes aus miteinander kovalent verknüpften, von den Polyepoxidverbindungen abstammenden Einheiten und von den Härtermolekülen abstammenden Einheiten, wobei der Grad der Vernetzung über die relativen Mengen der funktionellen Gruppen im Härter und in der Polyepoxidverbindung gesteuert werden kann. Hardeners in the context of the invention are compounds which are suitable for effecting crosslinking of the polycarboxylic acid polyepoxy esters according to the invention. By reaction with hardeners, polyepoxide compounds can be converted into non-fusible, three-dimensionally "crosslinked", duroplastic materials. When curing epoxy resins, a distinction is made between two types of curing. In the first case, the curing agent has at least two functional groups which can react with the oxirane and / or hydroxyl groups of the polyepoxide compounds to form covalent bonds (polyaddition reaction). Curing then results in the formation of a polymeric network of covalently linked units derived from the polyepoxide compounds and units derived from the hardener molecules, the degree of crosslinking being controllable via the relative amounts of the functional groups in the hardener and in the polyepoxide compound.
Im zweiten Fall wird eine Verbindung eingesetzt, welche die Homopolymerisation von Polyepoxidverbindungen untereinander bewirkt. Derartige Verbindungen werden häufig auch als Initiator oder Katalysator bezeichnet und werden häufig auch zusammen mit Härtern eingesetzt, um die Vernetzung zu beschleunigen. Homopolymerisation induzierende Katalysatoren sind Lewis- Basen (anionische Homopolymerisation; anionisch härtende Katalysatoren) oder Lewis-Säuren (kationische Homopolymerisation; kationisch härtenden Katalysatoren). Sie bewirken die Ausbildung von Etherbrücken zwischen den Epoxidverbindungen. Es wird angenommen, dass der Katalysator mit einer ersten Epoxidgruppe unter Ringöffnung reagiert, wobei eine reaktive Hyd- roxygruppe entsteht, die wiederum mit einer weiteren Epoxidgruppe unter Ausbildung einer Etherbrücke reagiert, was zu einer neuen reaktiven Hydroxygruppe führt. Aufgrund dieses Reaktionsmechanismus genügt der unterstöchiometrische Einsatz solcher Katalysatoren zur Aushärtung. Imidazol ist ein Beispiel für einen Katalysator, der eine anionische Homopolymerisation von Epoxidverbindungen induziert. Bortrifluorid ist ein Beispiel für einen Katalysator, der eine kationische Homopolymerisation auslöst. Auch Mischungen aus verschiedenen Polyadditions- reaktion eingehenden Härtern und Mischungen aus Homopolymerisation induzierenden Härtern, sowie Mischungen aus Polyadditionsreaktion eingehenden und Homopolymerisation induzierenden Härtern können zur Härtung von Polyepoxidverbindungen eingesetzt werden. In the second case, a compound is used which causes the homopolymerization of Polyepoxidverbindungen each other. Such compounds are often referred to as initiator or catalyst and are often used in conjunction with hardeners to accelerate crosslinking. Homopolymerization-inducing catalysts are Lewis bases (anionic homopolymerization, anionic curing catalysts) or Lewis acids (cationic homopolymerization, cationic curing catalysts). They cause the formation of ether bridges between the epoxide compounds. It is believed that the catalyst reacts with a first epoxide group to form a reactive hydroxy group, which in turn reacts with another epoxide group to form an ether bridge, resulting in a new reactive hydroxy group. Due to this reaction mechanism, the sub-stoichiometric use of such catalysts is sufficient for curing. Imidazole is an example of a catalyst that induces anionic homopolymerization of epoxide compounds. Boron trifluoride is an example of a catalyst containing a cationic homopolymerization triggers. Mixtures of various polyaddition reaction incoming hardeners and mixtures of homopolymerization-inducing hardeners, as well as mixtures of polyaddition reaction incoming and homopolymerization-inducing hardeners can be used for the curing of polyepoxide compounds.
Geeignete funktionelle Gruppen, die mit den Oxirangruppen von Polyepoxidverbindungen (Epoxidharzen) eine Polyadditionsreaktion eingehen können, sind beispielsweise Aminogruppen, Hydroxygruppen, Thioalkohole bzw. Derivate davon, Isocyanate und Carboxylgruppen bzw. Derivate davon, wie Anhydride sowie Dicyandiamid. Dementsprechend werden üblicherweise als Härter für Epoxidharze aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Polyamine, Carbonsäureanhydride, Carbonsäuren, Polyamidoamine, Aminoplaste wie z.B. Formaldehydkondensa- tionsprodukte von Melamin, Harnstoff, Benzoguanamin oder Phenoplaste wie z.B. Novolake, eingesetzt. Auch oligomere oder polymere Härter auf Acrylatbasis mit Hydroxy- oder Glycidyl- funktionen in der Seitenkette sowie Epoxyvinylesterharze werden verwendet. Dem Fachmann ist bekannt, für welche Anwendungen ein schnell oder langsam wirkender Härter eingesetzt wird. So wird er beispielsweise für lagerstabile Einkomponenten-Formulierungen einen sehr langsam (bzw. erst bei höherer Temperatur) wirkenden Härter verwenden. Gegebenenfalls wird man einen Härter verwenden, der erst unter Anwendungsbedingungen als aktive Form freigesetzt wird, beispielsweise Ketimine oder Aldimine. Bekannte Härter besitzen eine lineare oder höchstens schwach vernetzte Struktur. Sie sind beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage auf CD-ROM, 1997, Wiley-VCH, Kapitel "Epoxy Resins" beschrieben, worauf hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird. Suitable functional groups which can undergo a polyaddition reaction with the oxirane groups of polyepoxide compounds (epoxy resins) are, for example, amino groups, hydroxy groups, thioalcohols or derivatives thereof, isocyanates and carboxyl groups or derivatives thereof, such as anhydrides and dicyandiamide. Accordingly, as curing agents for epoxy resins, aliphatic, cycloaliphatic and aromatic polyamines, carboxylic anhydrides, carboxylic acids, polyamidoamines, aminoplasts, e.g. Formaldehyde condensation products of melamine, urea, benzoguanamine or phenoplasts, such as e.g. Novolak, used. Also acrylate-based oligomeric or polymeric curing agents having hydroxy or glycidyl functions in the side chain as well as epoxy vinylester resins are used. The skilled worker knows for which applications a fast or slow-acting hardener is used. For example, for storage-stable one-component formulations, he will use a hardener which acts very slowly (or only at a higher temperature). Optionally, one will use a hardener which is released as an active form only under conditions of use, for example ketimines or aldimines. Known hardeners have a linear or at most weakly crosslinked structure. They are described, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition on CD-ROM, 1997, Wiley-VCH, Chapter "Epoxy Resins", which is hereby incorporated by reference in its entirety.
Geeignete Härter für die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung sind bei- spielsweise Polyphenole, Polycarbonsäuren, Polymerkaptane, Polyamine, primäre Monoamine, Sulfonamide, Aminophenole, Aminocarbonsäuren, Carbonsäureanhydride, phenolische Hydroxygruppen enthaltende Carbonsäuren, Sulfanilamide, sowie Mischungen davon. Im Rahmen dieser Erfindung sei unter den jeweiligen Poly-Verbindungen (z.B. Polyamin) auch die entsprechenden Di-Verbindungen (z.B. Diamin) zu verstehen. Bevorzugte Härter für die erfindungsge- mäße härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung sind Polycarbonsäuren, Polyole und Phenolharze. Suitable hardeners for the curable epoxy resin composition according to the invention are, for example, polyphenols, polycarboxylic acids, polymercaptans, polyamines, primary monoamines, sulfonamides, aminophenols, aminocarboxylic acids, carboxylic anhydrides, phenolic hydroxy-containing carboxylic acids, sulfanilamides, and mixtures thereof. In the context of this invention, the respective poly compounds (for example polyamine) are also to be understood as the corresponding di compounds (for example diamine). Preferred hardeners for the curable epoxy resin composition according to the invention are polycarboxylic acids, polyols and phenolic resins.
In einer besonderen Ausführungsform beinhaltet die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz- Zusammensetzung mindestens eine Polycarbonsäure als Härter. Für die Polyadditionsreaktion geeignete Polycarbonsäurehärter sind Verbindungen, die mindestens zwei Carbonsäuregruppen besitzen. Durch die Verknüpfung der Säuregruppen der Polycarbonsäure mit den Epoxid- gruppen der Polyepoxidverbindung bilden sich Polymere, deren Einheiten von den Härtern und den Polyepoxidverbindungen stammen. Carbonsäurehärter werden daher in der Regel im stö- chiometrischem Verhältnis zu den Epoxidverbindungen eingesetzt. Wenn der Carbonsäurehär- ter beispielsweise drei funktionelle Gruppen hat, also mit bis zu drei Epoxidgruppen koppeln kann, können vernetzte Strukturen entstehen. Anstelle der freien Polycarbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäurees- ter von niederen Alkoholen oder deren Gemische verwendet werden. Die Polycarbonsäuren können aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch, aromatisch oder hete- rocyclisch sein und gegebenenfalls, z. B. durch Halogenatome, substituiert und/oder ungesättigt sein. Geeignet sind z.B. aromatische Polycarbonsäuren, insbesondere aromatische Dicarbon- säuren. Geeignet sind auch lineare, verzweigte oder cyclische aliphatische Polycarbonsäuren, z.B. mit 2 bis 20, vorzugsweise 3 bis 10 oder 4 bis 8 C-Atomen. Als Beispiele hierfür seien genannt: Korksäure, Azelainsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahyd- rophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endo- methylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, dimere Fettsäuren. Lineare aliphatische Dicarbonsäuren sind z.B. solche der allgemeinen Formel HOOC- (CH2)y-COOH, wobei y eine Zahl von 1 bis 20, bevorzugt eine gerade Zahl von 2 bis 20 ist, z. B. Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure und Dodecandicar- bonsäure. In a particular embodiment, the curable epoxy resin composition according to the invention comprises at least one polycarboxylic acid as curing agent. Polycarboxylic acid hardeners suitable for the polyaddition reaction are compounds which have at least two carboxylic acid groups. By linking the acid groups of the polycarboxylic acid with the epoxide groups of the polyepoxide compound, polymers are formed whose units derive from the hardeners and the polyepoxide compounds. Carboxylic acid hardeners are therefore generally used in a stoichiometric ratio to the epoxide compounds. If the carboxylic acid hardener has, for example, three functional groups, ie can couple with up to three epoxide groups, crosslinked structures can be formed. Instead of the free polycarboxylic acids, the corresponding polycarboxylic acid anhydrides or corresponding polycarboxylic acid esters of lower alcohols or mixtures thereof can also be used. The polycarboxylic acids may be aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic, aromatic or heterocyclic and optionally, for. B. by halogen atoms, substituted and / or unsaturated. Suitable examples are aromatic polycarboxylic acids, in particular aromatic dicarboxylic acids. Also suitable are linear, branched or cyclic aliphatic polycarboxylic acids, for example having 2 to 20, preferably 3 to 10 or 4 to 8 carbon atoms. Examples of these are: suberic acid, azelaic acid, phthalic acid, isophthalic acid, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, glutaric anhydride, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, dimer fatty acids. Linear aliphatic dicarboxylic acids are, for example, those of the general formula HOOC- (CH 2) y -COOH, where y is a number from 1 to 20, preferably an even number from 2 to 20, for. Succinic acid, adipic acid, sebacic acid and dodecanedicarboxylic acid.
Bevorzugte Polycarbonsäurehärter sind Dicarbonsäuren wie Oxalsäure, Malonsäure, Bern- steinsäure, Adipinsäure und längerkettige Homologe wie Sebacinsäure. Weiterhin geeignet sind Dimerfettsäuren (z.B. Empol 1022, Fa. Emery), sowie höher funktionalisierte Polycarbonsäuren wie Zitronensäure, Trimellitsäure und ähnliche. Weiterhin geeignet sind Carbonsäureanhydride wie Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhyhdrid, Trimellitsäureanhydrid und weitere. Besonders geeignet sind Umsetzungsprodukte von Polycarbonsäuren mit höher funktionellen Alkoholen, wie z.B. Glycerin, Trimethylolpropan oder Pentaerythrit (Polycarbonsäurepolyester). Preferred polycarboxylic acid hardeners are dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, adipic acid and longer-chain homologues such as sebacic acid. Also suitable are dimer fatty acids (e.g., Empol 1022, Emery), as well as more highly functionalized polycarboxylic acids such as citric acid, trimellitic acid, and the like. Also suitable are carboxylic anhydrides such as phthalic anhydride, Tetrahydrophthalsäureanhyhdrid, trimellitic anhydride and others. Particularly suitable are reaction products of polycarboxylic acids with higher functional alcohols, e.g. Glycerol, trimethylolpropane or pentaerythritol (polycarboxylic acid polyester).
Vorzugsweise werden bei der erfindungsgemäßen härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung Polyepoxidverbindung und Härter in einem bezogen auf die Epoxid- bzw. die Härterfunktionalität in etwa stöchiometrischem Verhältnis eingesetzt. Besonders geeignete Verhältnisse von Epoxidgruppen zu Härterfunktionalität sind beispielsweise 1 : 0,6 bis 0,6 : 1. In the case of the curable epoxy resin composition according to the invention, polyepoxide compound and hardener are preferably used in an approximately stoichiometric ratio, based on the epoxy or curing agent functionality. Particularly suitable ratios of epoxide groups to hardener functionality are, for example, 1: 0.6 to 0.6: 1.
In einer besonderen Ausführungsform beinhaltet die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz- Zusammensetzung ein Phenolharz als Härter. Für die Polyadditionsreaktion geeignete Phenolharze besitzen mindestens zwei Hydroxylgruppen. Durch die Verknüpfung der Hydroxylgruppen des Phenolharzes mit den Epoxidgruppen der Polyepoxidverbindung bilden sich Polymere, deren Einheiten von den Phenolharzen und den Polyepoxidverbindungen stammen. Phenolharze können in der Regel sowohl im stöchiometrischen als auch im substöchiometrischen Verhältnis zu den Epoxidverbindungen eingesetzt. Bei Einsatz substöchiometrischer Mengen des Phenolharzes wird durch Einsatz geeigneter Katalysatoren die Reaktion der sekundären Hydroxygrup- pen des bereits entstandenen Epoxidharzes mit Epoxidgruppen begünstigt. Geeignete Phenolharze sind beispielsweise Novolake, phenolische Resole, allgemein Kondensationsprodukte von Aldehyden (bevorzugt Formaldehyd und Acetaldehyd) mit Phenolen. Bevorzugte Phenole sind Phenol, Kresol, Xylenole, p-Phenylphenol, p-tert.butyl-Phenol, p-tert.amyl-Phenol, Cyclo- pentylphenol, p-Nonyl- und p-Octylphenol. In a particular embodiment, the curable epoxy resin composition of the present invention includes a phenolic resin as a curing agent. Phenol resins suitable for the polyaddition reaction have at least two hydroxyl groups. By linking the hydroxyl groups of the phenolic resin with the epoxide groups of the polyepoxide compound, polymers are formed whose units are derived from the phenolic resins and the polyepoxide compounds. Phenolic resins can typically be used in both stoichiometric and substoichiometric proportions to the epoxy compounds. When substoichiometric amounts of the phenolic resin are used, the use of suitable catalysts promotes the reaction of the secondary hydroxyl groups of the already formed epoxy resin with epoxide groups. Examples of suitable phenolic resins are novolaks, phenolic resoles, generally condensation products of aldehydes (preferably formaldehyde and acetaldehyde) with phenols. Preferred phenols are phenol, cresol, xylenols, p-phenylphenol, p-tert.-butyl-phenol, p-tert.amyl-phenol, cyclopentylphenol, p-nonyl- and p-octylphenol.
Die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung kann auch einen Beschleuniger für die Härtung umfassen. Geeignete Härtungsbeschleuniger sind beispielsweise Imidazol oder Imidazol-Derivate oder Harnstoffderivate (Urone), wie beispielsweise 1 ,1 -Dimethyl-3-phenyl- harnstoff (Fenuron). Auch die Verwendung von tertiären Aminen wie beispielsweise Triethanol- amin, Benzyldimethylamin, 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol und Tetramethylguanidin als Härtungsbeschleuniger ist beschrieben (US 4,948,700). Bekanntermaßen kann beispielsweise die Härtung von Epoxidharzen mit DICY durch Zugabe von Fenuron beschleunigt werden. The curable epoxy resin composition of the invention may also comprise an accelerator for curing. Examples of suitable curing accelerators are imidazole or imidazole derivatives or urea derivatives (urones), such as, for example, 1,1-dimethyl-3-phenyl urea (Fenuron). The use of tertiary amines such as triethanolamine, benzyldimethylamine, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol and tetramethylguanidine as curing accelerator is described (US 4,948,700). As is known, for example, the curing of epoxy resins with DICY can be accelerated by the addition of fenuron.
Die zur Herstellung ausgehärteter Epoxidharze eingesetzten Präpolymere weisen häufig eine hohe Viskosität auf, welche die Anwendung erschwert. Zudem beschränkt die hohe Viskosität der Harze häufig den Einsatz von Füllstoffen, welche zur Modifikation der mechanischen Eigenschaften der ausgehärteten Harzmasse wünschenswert ist. Zudem erlaubt in vielen Fällen die Verwendung von Füllstoffen, die Kosten der aus den Harzen gefertigten Produkte, wie beispielsweise Formteile oder Beschichtungen zu verringern. Daher werden dem ungehärteten Epoxidharz häufig Verdünnungsmittel zugesetzt, welche die Viskosität des Harzes auf den für die Anwendung gewünschten Wert verringern. Die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung kann daher auch ein Verdünnungsmittel beinhalten. Verdünnungsmitteln im Sinne dieser Erfindung sind konventionelle Verdünnungsmittel oder Reaktivverdünner. Durch die Zugabe von Verdünnungsmittel zu einer härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung wird üblicherweise deren Viskosität gesenkt. Bei den Verdünnungsmitteln unterscheidet man zwischen konventionellen Verdünnungsmitteln und Reaktivverdünnern. Konventionelle Verdünnungsmittel sind typischerweise organische Lösungsmittel oder Mischungen davon, beispielsweise Ketone wie Aceton, Methylethylketon, Me- thylisobutylketon (MIBK), Diethylketon oder Cyclohexanon, Ester aliphatischer Carbonsäuren wie Ethylacetat, Propylacetat, Methoxypropylacetat oder Butylacetat, Glykole wie Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol oder Propylenglykol etc., Glykolderivate wie Ethoxyethanol, Ethoxyethanolacetat, Ethylen- oder Propylenglycolmono- oder dimethylether, aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol oder Xylole, aliphatische Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Heptan, sowie Alkanole wie Methanol, Ethanol, n- oder Isopropanol oder Butanole. Während des Aushärtens des Epoxidharzes verdampfen sie aus der Harzmasse. Dies kann zu einer un- erwünschten Volumenreduktion des Harzes (Schrumpfung) oder zur Porenbildung führen, und so mechanische Eigenschaften des ausgehärteten Materials wie beispielsweise die Bruchfestigkeit aber auch die Oberflächeneigenschaften nachteilig beeinflussen. Die Nachteile der konventionellen Lösungsmittel können durch den Einsatz von Reaktivverdünnern zumindest teilweise umgangen werden. The prepolymers used for the preparation of cured epoxy resins often have a high viscosity, which makes the application difficult. In addition, the high viscosity of the resins often limits the use of fillers, which is desirable for modifying the mechanical properties of the cured resin composition. In addition, in many cases, the use of fillers allows to reduce the cost of the products made from the resins, such as moldings or coatings. Therefore, diluents are often added to the uncured epoxy resin which reduce the viscosity of the resin to the value desired for use. The curable epoxy resin composition of the present invention may therefore also include a diluent. Diluents for the purposes of this invention are conventional diluents or reactive diluents. The addition of diluent to a curable epoxy resin composition usually lowers its viscosity. In the case of diluents, a distinction is made between conventional diluents and reactive diluents. Conventional diluents are typically organic solvents or mixtures thereof, for example ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone (MIBK), diethyl ketone or cyclohexanone, esters of aliphatic carboxylic acids such as ethyl acetate, propyl acetate, methoxypropyl acetate or butyl acetate, glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol or propylene glycol, etc ., Glykolderivate such as ethoxyethanol, ethoxyethanol acetate, ethylene or propylene glycol mono- or dimethyl ether, aromatic hydrocarbons such as toluene or xylenes, aliphatic hydrocarbons such as heptane, and alkanols such as methanol, ethanol, n- or isopropanol or butanols. During the curing of the epoxy resin, they evaporate from the resin composition. This can lead to an undesired volume reduction of the resin (shrinkage) or to pore formation, and thus adversely affect mechanical properties of the cured material, such as, for example, the breaking strength as well as the surface properties. The disadvantages of the conventional solvents can be at least partially circumvented by the use of reactive diluents.
Reaktivverdünner sind niedermolekulare Substanzen, die im Unterscheid zu konventionellen Lösungsmitteln funktionelle Gruppen, in der Regel Oxirangruppen, aufweisen, welche mit den Hydroxygruppen des Harzes und/oder den funktionellen Gruppen des Härters unter Ausbildung kovalenter Bindungen reagieren können. Reaktivverdünner senken ebenfalls die Viskosität des Epoxidharzes ab. Reaktivverdünner im Sinne der vorliegenden Erfindung sind aliphatische oder cycloaliphatische Verbindungen. Sie verdampfen während des Aushärtens nicht, sondern werden während des Aushärtens kovalent in die sich bildende Harzmatrix eingebunden. Geeignete Reaktivverdünner sind beispielsweise mono- oder polyfunktionelle Oxirane. Beispiele für monofunktionelle Reaktivverdünner sind Glycidylether aliphatischer und cycloaliphatischer Monohydroxyverbindungen mit in der Regel 2 bis 20 C-Atomen wie z. B. Ethylhe- xylglycidylether sowie Glycidylester aliphatischer oder cycloaliphatischer Monocarbonsauren mit in der Regel 2 bis 20 C-Atomen. Beispiele für polyfunktionelle Reaktivverdünner sind insbeson- dere Glycidylether polyfunktioneller Alkohole mit in der Regel 2 bis 20 C-Atomen, die im Mittel typischerweise 1 ,5 bis 4 Glycidylgruppen aufweisen, wie 1 ,4-Butandioldiglycidylether, Reactive diluents are low molecular weight substances which, in contrast to conventional solvents, have functional groups, generally oxirane groups, which can react with the hydroxy groups of the resin and / or the functional groups of the hardener to form covalent bonds. Reactive diluents also lower the viscosity of the epoxy resin. Reactive diluents for the purposes of the present invention are aliphatic or cycloaliphatic compounds. They do not evaporate during curing, but are covalently bonded into the forming resin matrix during curing. Suitable reactive diluents are, for example, mono- or polyfunctional oxiranes. Examples of monofunctional reactive diluents are glycidyl ethers of aliphatic and cycloaliphatic monohydroxy compounds having generally 2 to 20 C atoms, such as. B. Ethylhexyl xylglycidylether and glycidyl esters of aliphatic or cycloaliphatic monocarboxylic acids with usually 2 to 20 carbon atoms. Examples of polyfunctional reactive diluents are, in particular, glycidyl ethers of polyfunctional alcohols with generally 2 to 20 C atoms, which on average typically have 1, 5 to 4 glycidyl groups, such as 1,4-butanediol diglycidyl ether,
1 ,6-Hexandioldiglycidylether, Diethylenglykoldiglycidylether oder die Glycidylether des Trimethy- lolpropans oder Pentaerythritols. Eine Vielzahl von Pigmenten oder Füllstoffen kann den erfindungsgemäßen härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzungen zugefügt werden. Geeignet sind z.B. Metalloxide wie Titandioxid, Zinkoxid und Eisenoxid oder Hydroxide, Sulfate, Carbonate, Silicate dieser oder anderer Metalle, beispielsweise Calciumcarbonat, Aluminiumoxid, Aluminiumsilicate. Weitere geeignete Füllstoffe sind beispielsweise Siliziumdioxid, pyrogene oder Fällungskieselsäure sowie Ruß, Talk, Baryt oder andere nichttoxische Pigmente. Auch Mischungen der Füllstoffe und Pigmente können eingesetzt werden. Den Gewichtsanteil der Füllstoffe und Pigmente an der Beschichtung, ihre Partikelgröße, Partikelhärte sowie ihren Formfaktor (aspect ratio) wird ein Fachmann je nach den Anwendungserfordernissen wählen. 1,6-hexanediol diglycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether or the glycidyl ethers of trimethylolpropane or pentaerythritol. A variety of pigments or fillers can be added to the curable epoxy resin compositions of this invention. Suitable are e.g. Metal oxides such as titanium dioxide, zinc oxide and iron oxide or hydroxides, sulfates, carbonates, silicates of these or other metals, for example calcium carbonate, aluminum oxide, aluminum silicates. Further suitable fillers are, for example, silicon dioxide, pyrogenic or precipitated silica and also carbon black, talc, barite or other nontoxic pigments. Mixtures of fillers and pigments can also be used. The proportion by weight of the fillers and pigments in the coating, their particle size, particle hardness and their aspect ratio will be selected by a person skilled in the art according to the application requirements.
Die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung kann weitere Additive je nach den Erfordernissen enthalten, beispielsweise Entschäumer, Dispergiermittel, Netzmittel, Emul- gatoren, Verdicker, Biocide, Co-Solventien, Basen, Korrosionsinhibitoren, Flammschutzmittel, Trennmittel und/oder Wachse. Die erfindungsgemäße härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung kann auch Verstärkungsfasern wie Glasfasern oder Carbonfasern enthalten. Diese können beispielsweise als kurze Faserstücke von wenigen mm bis cm Länge, sowie als Endlosfasern, Wickel oder Gewebe vorliegen. The curable epoxy resin composition according to the invention may contain further additives as required, for example defoamers, dispersants, wetting agents, emulsifiers, thickeners, biocides, co-solvents, bases, corrosion inhibitors, flame retardants, release agents and / or waxes. The curable epoxy resin composition of the present invention may also contain reinforcing fibers such as glass fibers or carbon fibers. These can be present for example as short fiber pieces of a few mm to cm in length, and as continuous fibers, wound or tissue.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Epoxid- harzes, umfassend die Härtung der erfindungsgemäßen, vorstehend beschriebenen härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung. Die Härtung kann bei Normaldruck und bei Temperaturen bis 250 °C, insbesondere bei Temperaturen von 20 °C bis kleiner 235 °C, vorzugsweise bei Temperaturen von 40 bis 220 °C oder von 50 bis kleiner 220 °C erfolgen, insbesondere in einem Temperaturbereich von 100 °C bis 200 °C. Die Härtungszeit beträgt vorzugsweise 0,1 bis 60 min, oder 0,5 bis 20 min. besonders bevorzugt 1 bis 10 min. The present invention further relates to a process for producing a cured epoxy resin comprising curing the curable epoxy resin composition of the invention described above. The curing can be carried out at atmospheric pressure and at temperatures up to 250 ° C, in particular at temperatures of 20 ° C to less than 235 ° C, preferably at temperatures of 40 to 220 ° C or from 50 to less than 220 ° C, in particular in a temperature range of 100 ° C to 200 ° C. The curing time is preferably 0.1 to 60 minutes, or 0.5 to 20 minutes. more preferably 1 to 10 min.
Die Härtung der härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung zu Formkörpern erfolgt üblicherweise in einem Werkzeug, bis Formstabilität erreicht ist und das Werkstück aus dem Werkzeug entnommen werden kann. Der sich anschließende Prozess zum Abbau von Eigenspannungen des Werkstücks und/oder zum Vervollständigen der Vernetzung des gehärteten Epoxidharzes wird Tempern genannt. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Temperprozess auch vor Entnahme des Werkstückes aus dem Werkzeug durchzuführen, etwa zur Vervollständigung der Vernetzung. Der Temperprozess findet üblicherweise bei Temperaturen an der Grenze der Formstei- figkeit statt (Menges et. al.,„Werkstoffkunde Kunststoffe" (2002), Hanser-Verlag, 5. Auflage, S. 136). Üblicherweise wird bei Temperaturen von 120 °C bis 220 °C, bevorzugt bei Temperaturen von 150 °C bis 220 °C getempert. Üblicherweise wird das gehärtete Werkstück für einen Zeitraum von 30 bis 240 min den Temperbedingungen ausgesetzt. Abhängig von den Abmessun- gen des Werkstücks, können auch längerer Temperzeiten angebracht sein. The curing of the curable epoxy resin composition to moldings is usually carried out in a tool until dimensional stability is achieved and the workpiece can be removed from the tool. The subsequent process for reducing residual stresses of the workpiece and / or completing the crosslinking of the cured epoxy resin is called tempering. In principle, it is also possible to carry out the annealing process before removing the workpiece from the tool, for example to complete the cross-linking. The annealing process usually takes place at temperatures at the boundary of the molding It is customary to use at temperatures of 120 ° C. to 220 ° C., preferably at temperatures of 150 ° C. tempered to 220 ° C. Usually, the hardened workpiece is exposed to the tempering conditions for a period of 30 to 240 minutes Depending on the dimensions of the workpiece, longer annealing times may also be appropriate.
Bei der Härtung der härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung zu Beschichtungen wird zunächst das zu beschichtende Substrat mit der härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung beaufschlagt und anschließend die härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung auf dem Substrat gehär- tet. Das Beaufschlagen der härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung kann vor oder nach dem Formen des gewünschten Artikels durch Tauchen, Spritzen, Aufwalzen, Aufstreichen, Aufrakeln oder dergleichen bei flüssigen Formulierungen oder durch Aufbringen eines Pulverlacks erfolgen. Das Aufbringen kann auf Einzelstücke (z.B. Dosenteile) oder auf prinzipiell endlose Substrate, beispielsweise auf Bandrollen aus Stahl beim Coil Coating, erfolgen. Die endgültige Form der Artikel kann vor oder nach dem Aufbringen der Epoxidharze erfolgen. When the curable epoxy resin composition is cured to give coatings, the curable epoxy resin composition is first applied to the substrate to be coated, and then the curable epoxy resin composition is cured on the substrate. The curable epoxy resin composition can be applied before or after the desired article is formed by dipping, spraying, rolling, brushing, knife coating or the like in liquid formulations or by applying a powder coating. The application can be carried out on individual pieces (for example can parts) or on basically endless substrates, for example steel rolls in coil coating. The final shape of the articles may be before or after application of the epoxy resins.
Geeignete Substrate insbesondere für Metallbehälter sind üblicherweise aus Stahl, Weißblech (verzinnter Stahl) oder Aluminium (z.B. für Getränkedosen), die auch in 2 oder 3 Teilen nach Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden können. Eine ausführliche Be- Schreibung der gängigen Typen von Metallverpackungen und ihrer Herstellung, verwendete Metalle und Legierungen und Beschichtungsmethoden wird in P.K.T. Oldring und U. Nehring: Packaging Materials, 7. Metal Packaging for Foodstuffs, ILSI Report, 2007, gegeben, worauf hiermit Bezug genommen wird. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter die durch Härtung der erfindungsgemäßen härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung erhältlichen bzw. erhaltenen gehärteten Epoxidharze, insbesondere in Form von Beschichtungen auf metallischen Substraten. Suitable substrates, especially for metal containers, are usually made of steel, tinplate (tinned steel) or aluminum (e.g., for beverage cans), which may also be made in 2 or 3 parts by methods known to those skilled in the art. A detailed description of the common types of metal packaging and their manufacture, metals and alloys used and coating methods is given in P.K.T. Oldring and U. Nehring: Packaging Materials, 7th Metal Packaging for Foodstuffs, ILSI Report, 2007, to which reference is hereby made. The present invention further relates to the cured epoxy resins obtainable or obtained by curing the curable epoxy resin composition according to the invention, in particular in the form of coatings on metallic substrates.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter die Verwendung der erfindungsgemäßen, vorstehend beschriebenen Polycarbonsäurepolyepoxyester bzw. der erfindungsgemäßen härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung zur Herstellung von Klebstoffen, Verbundwerkstoffen, Formkörpern und Beschichtungen, insbesondere von Beschichtungen vorzugsweise von Behältern insbesondere von Metallbehältern wie z.B. Metalldosen, vorzugsweise für Lebensmittelverpackungen d.h. für die Lagerung oder Aufbewahrung von Lebensmitteln. Die Erfindung wird nun durch die nachfolgenden, nichtlimitierenden Beispiele näher erläutert. The present invention further relates to the use of the polycarboxylic acid polyepoxy esters according to the invention or of the curable epoxy resin composition according to the invention for the production of adhesives, composites, moldings and coatings, in particular of coatings preferably of containers, in particular of metal containers such as metal cans, preferably for food packaging ie for the storage or storage of food. The invention will now be explained in more detail by the following nonlimiting examples.
Beispiele Edukte: Examples of starting materials:
Terephthalsäure  terephthalic acid
Glycidylether: Reaktionsprodukt aus Pentaerythrit mit 5,5 mol Propylenoxid und  Glycidyl ether: reaction product of pentaerythritol with 5.5 moles of propylene oxide and
3,3 mol Epichlorhydrin  3.3 moles of epichlorohydrin
Triphenylphosphin  triphenylphosphine
Phenodur® PR 516/60B: Vernetzer; Phenolharz, (Cytec) Phenodur® PR 516 / 60B: crosslinker; Phenolic resin, (Cytec)
Polycarbonsäurepolyester Vernetzer, Umsetzungsprodukt aus 4 mol Zitronensäure und  Polycarboxylic acid polyester crosslinker, reaction product of 4 mol of citric acid and
1 mol Trimethylolpropan  1 mol of trimethylolpropane
Cycat® XK 406N: Phosphorsäure basierter Katalysator, (Cytec)  Cycat® XK 406N: phosphoric acid based catalyst, (Cytec)
MPA Methoxypropylacetat; Lösemittel  MPA methoxypropyl acetate; solvent
Beckopox® EP 307 50 %ig in MPA, Bisphenol-A basiertes Epoxidharz Beckopox® EP 307 50% in MPA, bisphenol A based epoxy resin
Beispiel 1 : Herstellung von Polycarbonsäurepolyepoxyester Example 1: Preparation of polycarboxylic acid polyepoxyester
In einem 11 Vierhalskolben, mit Rührer, Thermometer und Rückflusskühler ausgestattet, wurden 200 g Glycidylether und 25 g Terephthalsäure sowie 0,5 g Triphenylphosphin eingewogen. Die Reaktionsmischung wurde unter Rühren auf 160 °C erhitzt, wobei diese zunächst trübe war (ungelöste Terephthalsäure). Nach 1 h wurde die Reaktionsmischung klar und es wurde eine Probe zur Bestimmung des Epoxidgehalts entnommen. Es wurde ein EEW (epoxy equivalent weight) von 391 ermittelt. Nach einer weiteren Stunde bei 160 °C wurde ein EEW von 397 sowie eine Säurezahl von 0,02 mg KOH/g ermittelt. Es wurde eine gelbe, viskose Flüssigkeit mit einer Viskosität von 6700 mPa s erhalten (Brookfield, DV II, 40°C, 10 rpm, spindle 31 ). Im IR- Spektrum wurde eine Esterbande bei 1720 cm-1 gesehen, die Säurebande der Terephthalsäure bei 1670cm-1 war verschwunden. In a 11 four-necked flask equipped with stirrer, thermometer and reflux condenser, 200 g of glycidyl ether and 25 g of terephthalic acid and 0.5 g of triphenylphosphine were weighed. The reaction mixture was heated with stirring to 160 ° C, which was initially cloudy (undissolved terephthalic acid). After 1 h, the reaction mixture became clear and a sample was taken to determine the epoxide content. An EEW (epoxy equivalent weight) of 391 was determined. After a further hour at 160 ° C, an EEW of 397 and an acid number of 0.02 mg KOH / g was determined. There was obtained a yellow, viscous liquid having a viscosity of 6700 mPa s (Brookfield, DV II, 40 ° C, 10 rpm, spindle 31). In the IR spectrum, an ester band was observed at 1720 cm -1 , the acid band of terephthalic acid at 1670 cm -1 had disappeared.
Beispiel 2: Epoxidharz-Beschichtungszusammensetzung Example 2: Epoxy Coating Composition
Das nach Beispiel 1 hergestellte Epoxidharz wurde in einer Standard-Formulierung für Can-The epoxy resin prepared according to Example 1 was used in a standard formulation for can
Coating-Beschichtungen im Vergleich mit einem Bisphenol-A-basierten Epoxidharz (Beckopox® EP 307, 50%ige Lösung in Methoxypropylacetat, Fa. Cytec) geprüft (siehe Tabelle 1 ). Coating coatings in comparison with a bisphenol A-based epoxy resin (Beckopox® EP 307, 50% solution in methoxypropyl acetate, Fa. Cytec) tested (see Table 1).
Die Lackprüfungen erfolgten auf Weißblech. Die Applikation der Lackformulierungen erfolgte mittels einer Rakelmaschine, ausgestattet mit einem 20 μηη Spiralrakel (Aufzugsgeschwindigkeit 25 mm/s). Die so hergestellten Beschichtungen wurden unter dem Abzug 30 min. bei Raumtemperatur (ca. 20°C) vorgetrocknet (Abdampfen des Lösemittels). Die Einbrennzeit betrug 12 Minuten bei 200 °C. Die Filmdicke nach Trocknen ergibt 7,3 μηη. Untersuchungen: The paint tests were carried out on tinplate. The coating formulations were applied by means of a doctor blade machine equipped with a 20 μm helical doctor blade (winding speed 25 mm / s). The coatings thus prepared were under the hood for 30 min. at room temperature (about 20 ° C) predried (evaporation of the solvent). The burn-in time was 12 minutes at 200 ° C. The film thickness after drying gives 7.3 μηη. investigations:
1 ) Prüfung der Pendelhärte 1) Testing the pendulum hardness
Pendeldämpfungsprüfung nach DIN EN ISO 1522 von 2000  Pendulum damping test according to DIN EN ISO 1522 of 2000
Ergebnisangabe als Pendeldauer in Sekunden, je höher der Wert, desto höher die Pendelhärte  Result indication as pendulum duration in seconds, the higher the value, the higher the pendulum hardness
Lösungsmittelbeständigkeit (MEK-Double Rubs) Solvent resistance (MEK double rubs)
Solvent Rub Test nach ASTM D4752  Solvent Rub test according to ASTM D4752
Reibung eines ausgehärteten Films mit einem in Methylethylketon getränktem Mulltuch, bis der Film Fehlstellen aufweist.  Rubbing a cured film with a cheesecloth soaked in methyl ethyl ketone until the film has defects.
Ergebnisangabe in Anzahl von Hin- und Her-Reibungen (double rubs) bis zum Auftreten von Fehlstellen. 3) Gitterschnittprüfung (Haftung)  Results in number of reciprocating rubs (double rubs) until the occurrence of defects. 3) Cross-cut test (liability)
Die Haftung der Lacke auf dem Substrat wurde mittels einer Gitterschnittprüfung nach DIN EN ISO 2409 durchgeführt.  The adhesion of the coatings to the substrate was carried out by means of a cross-cut test in accordance with DIN EN ISO 2409.
Bei allen Beschichtungen wurde die Bestnote GT 0 erreicht.  For all coatings the highest grade GT 0 was achieved.
Der Kennwert GT 0 bedeutet:„Die Schnittränder sind vollkommen glatt. Kein Teilstück des Anstrichs ist abgeplatzt."  The characteristic value GT 0 means: "The cutting edges are completely smooth. No part of the paint has flaked off. "
4) Flexibilität (Biegetest) 4) Flexibility (bending test)
Die beschichteten Bleche werden rasch um bis zu 180° abgeknickt, wobei die beschichtete Fläche auf der Außenseite der Biegung liegt. Bei guter Flexibilität der Beschichtung werden dabei keine Beschädigungen oder Delaminationen im Knickbereich beobachtet. The coated sheets are rapidly bent by up to 180 °, with the coated surface lying on the outside of the bend. With good flexibility of the coating no damage or delamination in the buckling area are observed.
Eine spröde Beschichtung reißt dabei an der Knickkante ein, hier wird der Grad der Biegung angegeben, bei der die Beschichtung gerade noch nicht beschädigt wird. A brittle coating tears at the bending edge, here the degree of bending is specified, in which the coating is just not damaged.
Die Ansätze und Prüfergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst. The formulations and test results are summarized in the table below.
Tabelle 1 : Epoxidharz-Zusammensetzungen und Prüfergebnisse Table 1: Epoxy resin compositions and test results
Vergleich A B C  Comparison A B C
Mengen [g] Mengen [g] Mengen [g] Mengen [g] Amounts [g] Amounts [g] Amounts [g] Amounts [g]
Beckopox® EP 307 25,6 - - -Beckopox® EP 307 25,6 - - -
Epoxidharz Beispiel 1 - 9,15 7,35 10Epoxy resin Example 1 - 9,15 7,35 10
Phenodur® PR 516/60B 9,15 15,25 18,35 -Phenodur® PR 516 / 60B 9,15 15,25 18,35 -
Polycarbonsäurepolyester - - - 2,1Polycarboxylic acid polyesters - - - 2.1
Cycat® XK 406N 0,55 0,55 0,55 0,3Cycat® XK 406N 0.55 0.55 0.55 0.3
MPA 14,7 25,05 23,75 21MPA 14,7 25,05 23,75 21
Summe 50 50 50 33,4Total 50 50 50 33.4
Katalysatormenge [%] 0,04 0,04 0,04 0,07Amount of catalyst [%] 0.04 0.04 0.04 0.07
Feststoffgehalt 36,7 36,7 36,8 36,3 Vergleich A B C Solids content 36.7 36.7 36.8 36.3 Comparison ABC
Mengen [g] Mengen [g] Mengen [g] Mengen [g] Amounts [g] Amounts [g] Amounts [g] Amounts [g]
Lösemittel [%] 63,3 63,3 63,2 63,7Solvent [%] 63.3 63.3 63.2 63.7
Lackprüfungen: Paint tests:
Aussehen Goldlack Goldlack Goldlack Klarlack Appearance Gold lacquer Gold lacquer Gold lacquer Clear lacquer
Pendelhärte [s] 232 216 222 217Pendulum hardness [s] 232 216 222 217
MEK double rubs Ca. 90 Ca. 90 Ca. 100 Ca. 100MEK double rubs approx. 90 approx. 90 approx. 100 approx. 100
Flexibilität Biegetest 180° 180° 180° 180°Flexibility Bending test 180 ° 180 ° 180 ° 180 °
Gitterschnittprüfung GT O GT O GT O GT O Cross cut test GT O GT O GT O GT O
Es zeigte sich, dass mit dem nach Beispiel 1 hergestellten, Bisphenol-A-freien Glycidylester formulierten und ausgehärteten Beschichtungen die gleichen Eigenschaften aufwiesen wie die Vergleichsbeschichtung basierend auf dem Bisphenol-A Epoxidharz. It was found that with the prepared according to Example 1, bisphenol A-free glycidyl ester formulated and cured coatings have the same properties as the comparison coating based on the bisphenol-A epoxy resin.
Beispiel 3 Example 3
In einem 31 Laborreaktor, ausgestattet mit Rührer, Thermometer und Rückflusskühler, wurden 1600 g Glycidylether und 199,6 g Terephthalsäure sowie 4,0 g Triphenylphosphin eingewogen. Die Reaktionsmischung wurde unter Rühren auf 130 °C erhitzt, wobei diese zunächst trübe war (ungelöste Terephthalsäure). Nach 3h wurde die Reaktionsmischung klar und es wurde eine Probe zur Bestimmung des Epoxidgehalts entnommen. Es wurde ein EEW (epoxy equivalent weight) von 376 ermittelt. Nach zwei weiteren Stunden bei 130 °C wurde ein EEW von 397 sowie eine Säurezahl von 0,02 mg KOH/g ermittelt. Es wurde eine gelbe, viskose Flüssigkeit mit einer Viskosität von 40400 mPas erhalten (Anton Paar, MC302, 22°C). Im IR-Spektrum wurde eine Esterbande bei 1720 cm-1 gesehen, die Säurebande der Terephthalsäure bei 1670cm-1 war verschwunden. In a laboratory reactor equipped with stirrer, thermometer and reflux condenser, 1600 g of glycidyl ether and 199.6 g of terephthalic acid and 4.0 g of triphenylphosphine were weighed. The reaction mixture was heated with stirring to 130 ° C, which was initially cloudy (undissolved terephthalic acid). After 3 h, the reaction mixture became clear and a sample was taken to determine the epoxide content. An EEW (epoxy equivalent weight) of 376 was determined. After two more hours at 130 ° C an EEW of 397 and an acid number of 0.02 mg KOH / g was determined. A yellow, viscous liquid with a viscosity of 40,400 mPas was obtained (Anton Paar, MC302, 22 ° C.). In the IR spectrum, an ester band was observed at 1720 cm -1 , the acid band of terephthalic acid at 1670 cm -1 had disappeared.
Beispiel 4 Example 4
In einem 11 Vierhalskolben, mit Rührer, Thermometer und Rückflusskühler ausgestattet, wurden 400 g Glycidylether und 49,9 g Terephthalsäure sowie 1 ,0 g Dimethylethanolamin eingewogen. Die Reaktionsmischung wurde unter Rühren auf 130 °C erhitzt, wobei diese zunächst trübe war (ungelöste Terephthalsäure). Nach 1 h wurde die Reaktionsmischung klarer, die Farbe veränderte sich nach rötlich-braun und es wurde eine Probe zur Bestimmung des Epoxidgehalts entnommen. Es wurde ein EEW (epoxy equivalent weight) von 403,5 und eine Säurezahl von 1 ,4 mg KOH/g ermittelt. Nach einer weiteren Stunde bei 130 °C wurde eine Säurezahl von 0,35 mg KOH/g ermittelt. Nach einer weiteren Stunde bei 130°C betrug die Säurezahl 0,09. Es wurde eine orange-gelbe, viskose Flüssigkeit erhalten. Im IR-Spektrum wurde eine Esterbande bei 1720 cm-1 gesehen, die Säurebande der Terephthalsäure bei 1670cm-1 war verschwunden. Beispiele 5-8 In an 11 four-necked flask equipped with stirrer, thermometer and reflux condenser, 400 g of glycidyl ether and 49.9 g of terephthalic acid and 1, 0 g dimethylethanolamine were weighed. The reaction mixture was heated with stirring to 130 ° C, which was initially cloudy (undissolved terephthalic acid). After 1 h, the reaction mixture became clearer, the color changed to reddish brown, and a sample was taken to determine the epoxide content. An EEW (epoxy equivalent weight) of 403.5 and an acid number of 1.4 mg KOH / g were determined. After a further hour at 130 ° C., an acid number of 0.35 mg KOH / g was determined. After a further hour at 130 ° C, the acid number was 0.09. An orange-yellow, viscous liquid was obtained. In the IR spectrum, an ester band was observed at 1720 cm -1 , the acid band of terephthalic acid at 1670 cm -1 had disappeared. Examples 5-8
Nach dem gleichen Schema wie vorstehend beschrieben wurden folgende weitere Synthesen durchgeführt:  The following further syntheses were carried out according to the same scheme as described above:
Tabelle 2: Epoxidharze  Table 2: Epoxy resins
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Gemäß Beispiel 2 (Lackformulierung) wurden weiterhin folgende Formulierungen geprüft:In accordance with Example 2 (paint formulation), the following formulations were also tested:
Tabelle 3: Epoxidharz-Zusammensetzungen D bis G: Table 3: Epoxy resin compositions D to G:
D E F G D E F G
Mengen [g] Mengen [g] Mengen [g] Mengen [g]  Amounts [g] Amounts [g] Amounts [g] Amounts [g]
Epoxidharz Beispiel 5 7,4 - - - Epoxy resin Example 5 7.4 - - -
Epoxidharz Beispiel 6 - 7,4 - - Epoxy resin Example 6 - 7,4 - -
Epoxidharz Beispiel 7 - - 7,4 - Epoxy resin example 7 - - 7,4 -
Epoxidharz Beispiel 8 - - - 7,4 Epoxy resin Example 8 - - - 7.4
Phenodur® PR 516/60B 18,35 18,35 18,35 18,35 Phenodur® PR 516 / 60B 18,35 18,35 18,35 18,35
Cycat® XK 406N 0,55 0,55 0,55 0,3 Cycat® XK 406N 0.55 0.55 0.55 0.3
MPA 23,9 23,9 23,9 23,9 MPA 23.9 23.9 23.9 23.9
Summe 50,15 50,15 50,15 50,15 Total 50.15 50.15 50.15 50.15
Katalysatormenge [%] 0,09 0,09 0,09 0,09 Amount of catalyst [%] 0.09 0.09 0.09 0.09
Feststoffgehalt 36,7 36,7 36,7 36,7 Solids content 36.7 36.7 36.7 36.7
Lösemittel [%] 63,3 63,3 63,3 63,7 Tabelle 4: Prüfergebnisse der Epoxidharz-Zusammensetzungen D bis G Solvent [%] 63.3 63.3 63.3 63.7 Table 4: Test results of the epoxy resin compositions D to G
Lackprüfungen: D E F G Paint tests: D E F G
Aussehen Goldlack Goldlack Goldlack GoldlackAppearance Gold Lacquer Gold Lacquer Gold Lacquer Gold Lacquer
Pendelhärte [s] 214 209 217 242Pendulum hardness [s] 214 209 217 242
MEK double rubs >100 >100 > 100 > 100MEK double rubs> 100> 100> 100> 100
Flexibilität Biegetest 180° 180° 180° 180°Flexibility Bending test 180 ° 180 ° 180 ° 180 °
Gitterschnittprüfung GT O GT O GT O GT O Cross cut test GT O GT O GT O GT O

Claims

Patentansprüche claims
Polycarbonsaurepolyepoxyester, herstellbar durch Umsetzung von Polycarbonsaurepolyepoxyester, prepared by reaction of
(A) mindestens einer aromatischen Dicarbonsaure mit  (A) at least one aromatic dicarboxylic acid with
(B) mindestens einem Polyglycidylether, welcher eine mittlere Glycidylfunktionalität von größer als zwei, vorzugsweise von mindestens 2,3 aufweist.  (B) at least one polyglycidyl ether which has an average glycidyl functionality of greater than two, preferably of at least 2.3.
Polycarbonsaurepolyepoxyester gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Polyglycidylether (B) ein Glycidylether eines propoxylierten Polyalkohols ist. Polycarboxylic acid polyepoxyester according to claim 1, characterized in that the polyglycidyl ether (B) is a glycidyl ether of a propoxylated polyhydric alcohol.
Polycarbonsaurepolyepoxyester gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aromatische Dicarbonsäure (A) ausgewählt ist aus solchen der allgemeinen Formel Polycarboxylic acid polyepoxyester according to one of the preceding claims, characterized in that the aromatic dicarboxylic acid (A) is selected from those of the general formula
H02C-Ar-C02[-Ra-02C-Ar-C02]n-H H0 2 C-Ar-C02 [-R 0 2 C-Ar-C02] nH
wobei n eine Zahl von 0 bis 10,  where n is a number from 0 to 10,
Ar ein divalenter aromatischer Ring oder ein divalentes aromatisches Ringsystem, vorzugsweise Phenylen oder Furanylen und  Ar is a divalent aromatic ring or a divalent aromatic ring system, preferably phenylene or furanylene and
Ra eine lineare Alkylengruppe, eine verzweigte Alkylengruppe, eine cyclische Alkylen- gruppe oder eine divalente aromatische Gruppe mit jeweils bis zu 100 C-Atomen bedeuten.  Ra is a linear alkylene group, a branched alkylene group, a cyclic alkylene group or a divalent aromatic group each having up to 100 carbon atoms.
4. Polycarbonsäurepolyepoxyester gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aromatische Dicarbonsäure (A) ausgewählt ist aus 2,5-Furan- dicarbonsäure und solchen der Formel
Figure imgf000020_0001
4. polycarboxylic acid polyepoxyester according to any one of the preceding claims, characterized in that the aromatic dicarboxylic acid (A) is selected from 2,5-furandedicarboxylic acid and those of the formula
Figure imgf000020_0001
wobei n eine Zahl von 0 bis 10 und A eine Alkylengruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, vorzugsweise Ethylen ist.  where n is a number from 0 to 10 and A is an alkylene group having 1 to 4 C atoms, preferably ethylene.
5. Polycarbonsäurepolyepoxyester gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyglycidylether (B) ausgewählt ist aus Glycidylethern von nicht-alkoxylierten, polyfunktionellen Alkoholen mit 3 bis 10 OH-Gruppen und alkoxylier- ten, vorzugsweise propoxylierten polyfunktionellen Alkoholen mit 3 bis 10 OH-Gruppen, wobei jeweils im Mittel mehr als zwei der OH-Gruppen mit Glycidylethergruppen funktio- nalisiert sind. 5. Polycarbonsäurepolyepoxyester according to any one of the preceding claims, characterized in that the polyglycidyl ether (B) is selected from glycidyl ethers of non-alkoxylated, polyfunctional alcohols having 3 to 10 OH groups and alkoxylated th, preferably propoxylated polyfunctional alcohols having 3 to 10 OH Groups, wherein in each case more than two of the OH groups are functionalized with glycidyl ether groups.
6. Polycarbonsäurepolyepoxyester gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyglycidylether (B) ausgewählt ist aus solchen der allgemei- nen Formel
Figure imgf000021_0001
wobei n eine Zahl von 3 bis 10 ist und R abgeleitet ist von einem n-valenten, nicht-alkoxy- lierten oder alkoxylierten, vorzugsweise propoxylierten polyfunktionellen Alkohol mit 3 bis 10 OH-Gruppen, von denen im Mittel mehr als zwei der OH-Gruppen mit Glycidylether- gruppen funktionalisiert sind.
6. Polycarbonsäurepolyepoxyester according to any one of the preceding claims, characterized in that the polyglycidyl ether (B) is selected from those of the general formula
Figure imgf000021_0001
wherein n is a number from 3 to 10 and R is derived from an n-valent, non-alkoxylated or alkoxylated, preferably propoxylated polyfunctional alcohol having 3 to 10 OH groups, of which more than two of the OH groups are functionalized with glycidyl ether groups.
Polycarbonsäurepolyepoxyester gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
Figure imgf000021_0002
dadurch gekennzeichnet, dass der polyfunktionelle Alkohol ausgewählt ist aus Glycerin,
Polycarboxylic acid polyepoxyester according to one of the two preceding claims,
Figure imgf000021_0002
characterized in that the polyfunctional alcohol is selected from glycerol,
Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Isosorbid sowie den Additionsprodukten der vorgenannten Verbindungen mit Ethylenoxid und/oder vorzugsweise Propylenoxid.  Trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, isosorbide and the addition products of the aforementioned compounds with ethylene oxide and / or preferably propylene oxide.
Polycarbonsäurepolyepoxyester gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyglycidylether (B) ein Glycidylether ist von propoxyliertem Pentaerythrit mit im Mittel mehr als zwei Glycidylethergruppen. Polycarboxylic acid polyepoxyester according to one of the preceding claims, characterized in that the polyglycidyl ether (B) is a glycidyl ether of propoxylated pentaerythritol with on average more than two glycidyl ether groups.
Polycarbonsäurepolyepoxyester gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er die allgemeine Formel Polycarboxylic acid polyepoxyester according to one of the preceding claims, characterized in that it has the general formula
(Gly-)mR-0[-CH2-CHOH-CH2-0-CO-Ar-CO-0-CH2-CHOH-CH2-0-R(-Gly)m-i]n-Gly aufweist, wobei m eine Zahl von 2 bis 9 ist, (Gly) m R-O [-CH 2 -CHOH-CH 2 -O-CO-Ar-CO-O-CH 2 -CHOH-CH 2 -O-R (-Gly) m -i] n-Gly, where m is a number from 2 to 9,
n eine Zahl von 1 bis 100 ist,  n is a number from 1 to 100,
-Gly ein Glycidylrest ist mit der Formel
Figure imgf000021_0003
-Gly is a glycidyl radical having the formula
Figure imgf000021_0003
Ar ein divalenter aromatischer Ring oder ein divalentes aromatisches Ringsystem ist, vorzugsweise Phenylen oder Furanylen und Ar is a divalent aromatic ring or a divalent aromatic ring system, preferably phenylene or furanylene and
-R- ein (m+1 )-valenter alkoxylierter oder nicht-alkoxylierter Rest eines polyfunktionellen Alkohols mit 3 bis 10 OH-Gruppen ist,  -R- is an (m + 1) valent alkoxylated or non-alkoxylated radical of a polyfunctional alcohol having 3 to 10 OH groups,
einschließlich der entsprechenden, über seitenständige Glycidylgruppen verzweigten Oli- gomere und Polymere.  including the corresponding oligomers and polymers branched via pendant glycidyl groups.
Polycarbonsäurepolyepoxyester gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung durch einen Phosphor-Katalysator, vorzugsweise durch Triphenylphosphin katalysiert wird. Polycarbonsäurepolyepoxyester according to claim 1, characterized in that the reaction is catalyzed by a phosphorus catalyst, preferably by triphenylphosphine.
1 1 . Härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung, enthaltend mindestens eine Harzkomponente und mindestens eine Härterkomponente, wobei die Harzkomponente mindestens einen Polycarbonsäurepolyepoxyester gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält. 12. Härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die mindestens eine Härterkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonsäuren und Phenolharzen. 1 1. A curable epoxy resin composition containing at least one resin component and at least one hardener component, said resin component containing at least one polycarboxylic acid polyepoxyester according to any one of the preceding claims. A curable epoxy resin composition according to the preceding claim, wherein the at least one curing agent component is selected from the group consisting of polycarboxylic acids and phenolic resins.
13. Härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 12, wobei der Polycarbonsäurepolyepoxyester insgesamt einen Anteil von mindestens 40 Gew.-% bezogen auf die gesamte Harzkomponente ausmacht. A curable epoxy resin composition according to any one of claims 11 to 12, wherein the polycarboxylic acid polyepoxy ester accounts for at least 40% by weight of the total resin component.
14. Härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei die härtbare Epoxidharz-Zusammensetzung einen Anteil von weniger als 40 Gew.-% Bis- phenol A oder Bisphenol F basierte Verbindungen bezogen auf die gesamte Harzkomponente aufweist. 14. The curable epoxy resin composition according to any one of claims 11 to 13, wherein the curable epoxy resin composition has a content of less than 40% by weight of bisphenol A or bisphenol F based compounds based on the entire resin component.
15. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Epoxidharzes, umfassend die Härtung der härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14. 15. A process for the preparation of a cured epoxy resin, comprising curing the curable epoxy resin composition according to any one of claims 1 1 to 14.
16. Gehärtetes Epoxidharz erhältlichen durch Härtung der härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14. 16. A cured epoxy resin obtainable by curing the curable epoxy resin composition according to any one of claims 1 1 to 14.
17. Verwendung der Polycarbonsäurepolyepoxyester nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer härtbaren Epoxidharz-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 zur Herstellung von Klebstoffen, Verbundwerkstoffen, Formkörpern oder Beschichtungen. 17. Use of the Polycarbonsäurepolyepoxyester according to any one of claims 1 to 10 or a curable epoxy resin composition according to any one of claims 1 1 to 14 for the production of adhesives, composites, moldings or coatings.
18. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch zur Beschichtung von Metalldosen, insbesondere für Lebensmittelverpackungen. 18. Use according to the preceding claim for coating metal cans, in particular for food packaging.
19. Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäurepolyepoxyestern wobei mindestens eine aromatische Dicarbonsäure mit mindestens einem Polyglycidylether, welcher mehr als zwei Glycidylgruppen aufweist, in Gegenwart eines Katalysators, vorzugsweise eines Phosphor-Katalysators umgesetzt wird. 19. A process for preparing polycarboxylic acid polyepoxy esters wherein at least one aromatic dicarboxylic acid is reacted with at least one polyglycidyl ether having more than two glycidyl groups in the presence of a catalyst, preferably a phosphorus catalyst.
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