Neuartige Strukturen und Vernetzungsreaktionen für Beschichtungsstoffe

Beschichtungsstoffe müssen heute in allen Anwendungsbereichen hohe Anforderungen an mechanische, chemische und optische Eigenschaften erfüllen. Als Härterkomponenten werden in konventionellen Lacksystemen häufig toxikologisch bedenkliche Amine oder Isocyanate eingesetzt, die mit metallorganischen Verbindungen katalysiert werden. In dieser Arbeit wurden neue Härtungsreaktionen für Lackbindemittel untersucht, toxikologisch weniger bedenkliche funktionelle Strukturen synthetisiert und die nach dem Einbrennvorgang entstandenen Polymernetzwerke analytisch charakterisiert. Kationisch polymerisierende, an Polyisocyanate gebundene Hydroxy-2-oxazoline bilden bei Einbrenntemperaturen von 160 - 180 °C hochvernetzte und beständige Polymernetzwerke aus, deren mechanische Eigenschaften durch Variation der Substituenten in 2-Position modifizierbar sind. Im Zuge der Untersuchung der Biginelli-Reaktion als potenzielle Vernetzungsreaktion wurden durch Reaktion von verschiedenen Aldehyd-funktionellen Isocyanat-Addukten mit primären Carbonsäureamiden Polymernetzwerke mit Aminal-Struktur dargestellt, die mittels IR- und temperaturabhängiger Raman-Spektroskopie charakterisiert wurden. Temperaturabhängige Oszillationsrheometrie sowie DMA-Messungen ermöglichten es in Abhängigkeit der Eduktauswahl Struktur-Wirkungsbeziehungen im Hinblick auf die Polymernetzwerkeigenschaften abzuleiten. Anders als bei Harnstoffharzen, wird bei der Aminalvernetzung auf die Verwendung von Formaldehyd gänzlich verzichtet. Mit HDI-Trimer umgesetzte Hydroxybenzaldehyde deblockieren bei Temperaturen von etwa 110 °C, sodass sich diese als Blockierungsmittel für Isocyanate eignen. Die Deblockierung inklusive des Deblockierungsmechanismus wurde spektroskopisch, mittels DMTA und gravimetrisch validiert. Ein sulfonat-modifiziertes mit Vanillin blockiertes HDI-Trimer ist in Wasser dispergierbar und bildete nach Deblockierung des Vanillins mit wässrigen Bindemitteldispersionen vernetzte Polymere aus. Enzymatisch dargestellte aromatisch-aliphatische Polyester mit erhöhtem OH-Gehalt ermöglichen die Kombination konträrer Eigenschaften wie Härte, Flexibilität und Haftung. Für den Einsatz von OH-funktionellen, sechsgliedrigen cyclischen Carbonaten mit erhöhter Ringspannung und Reaktivität wurden für die Trimerisierung mittels HDI-Trimer Reaktionsparameter evaluiert und die Trimere ohne den Einsatz von Aminen zu beständigen Lackfilmen selbstvernetzt.

Nowadays coating materials must meet high demands in terms of mechanical, chemical and optical properties in all areas of application. Conventional coating systems often use toxicologically questionable amines or isocyanates as curing components, which are catalyzed with organometallic compounds. In this work, new curing reactions for binders are investigated, functional structures of less toxicological concern are synthesized, and the polymer networks formed after baking are characterized analytically. Cationically polymerizing hydroxy-2-oxazolines linked to polyisocyanates form highly cross-linked and durable polymer networks at baking temperatures of 160 - 180 °C. The mechanical network properties can be modified by varying the substituents in the 2-position. In the course of the investigation of the Biginelli reaction as a potential crosslinking reaction, polymer networks with aminal structure are presented by reacting various aldehydefunctional isocyanate adducts with primary carboxylic acid amides, which are characterized by means of IR and temperature-dependent Raman spectroscopy. Temperature-dependent oscillatory rheometry and DMA measurements allow structure-activity relationships to be derived with respect to polymer network properties as a function of reactant selection. Unlike urea resins, formaldehyde is not used at all in the aminal crosslinking process. Hydroxybenzaldehydes reacted with HDItrimers deblock at temperatures of about 110 °C, making them suitable as blocking agents for isocyanates. The deblocking including the deblocking mechanism is validated spectroscopically, by DMTA and gravimetrically. A sulfonate-modified vanillin-blocked HDI-trimer is dispersible in water and forms crosslinked polymers after deblocking of the vanillin with aqueous binder dispersions. Enzymatically prepared aromatic-aliphatic polyesters with increased OH content allow the combination of contrasting properties such as hardness, flexibility and adhesion. For the use of OH-functional, six-membered cyclic carbonates with increased ring tension and reactivity, reaction parameters are evaluated for trimerization using HDI-trimer and the trimers are selfcrosslinked without the use of amines to form durable coating films

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