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DE102017125179A1 - Modified hardener component for a polymer and especially for 2K formulations with self-healing properties - Google Patents

Modified hardener component for a polymer and especially for 2K formulations with self-healing properties Download PDF

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DE102017125179A1
DE102017125179A1 DE102017125179.0A DE102017125179A DE102017125179A1 DE 102017125179 A1 DE102017125179 A1 DE 102017125179A1 DE 102017125179 A DE102017125179 A DE 102017125179A DE 102017125179 A1 DE102017125179 A1 DE 102017125179A1
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DE
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self
healing
component
hardener
polymer
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Application number
DE102017125179.0A
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German (de)
Inventor
Claus Schreiner
Andreas Brinkmann
Anastassija Wittmer
Dr. Stenzel Volkmar
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, insbesondere ein modifizierte Isocyanatkomponente als Härter für 2K-Formulierungen (Zwei-Komponenten- Formulierungen), mit selbstheilenden Eigenschaften. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Zwei-Komponentensystem für ein selbstheilendes Polymer, umfassend eine erfindungsgemäße Härterkomponente und eine mit der erfindungsgemäßen Härterkomponente reaktive Bindekomponente (Harz, Polymer; reaktive Bindekomponente). Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Härterkomponente zur Verbesserung der Selbstheilungskraft eines Polymeres, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Härterkomponente.The invention relates to a modified hardener component for a polymer, in particular a modified isocyanate component as a hardener for 2K formulations (two-component formulations), with self-healing properties. The invention further relates to a two-component system for a self-healing polymer, comprising a hardener component according to the invention and a binder component reactive with the hardener component according to the invention (resin, polymer, reactive binding component). The invention also relates to the use of a hardener component according to the invention for improving the self-healing power of a polymer, and to a method for producing a hardener component according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, insbesondere ein modifizierte Isocyanatkomponente als Härter für 2K-Formulierungen (Zwei-Komponenten- Formulierungen), mit selbstheilenden Eigenschaften. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Zwei-Komponentensystem für ein selbstheilendes Polymer, umfassend eine erfindungsgemäße Härterkomponente und eine mit der erfindungsgemäßen Härterkomponente reaktive Bindekomponente (Harz, Polymer; reaktive Bindekomponente). Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Härterkomponente zur Verbesserung der Selbstheilungskraft eines Polymeres, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Härterkomponente.The invention relates to a modified hardener component for a polymer, in particular a modified isocyanate component as a hardener for 2K formulations (two-component formulations), with self-healing properties. The invention further relates to a two-component system for a self-healing polymer, comprising a hardener component according to the invention and a binder component reactive with the hardener component according to the invention (resin, polymer, reactive binding component). The invention also relates to the use of a hardener component according to the invention for improving the self-healing power of a polymer, and to a method for producing a hardener component according to the invention.

Sogenannte 2K-Formulierungen (2-Komponenten-Formulierungen) sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise als Zweikomponentenkleber, auch Zweikomponentenklebstoff oder 2K-Kleber genannt. Eine 2K-Formulierung ist somit eine Formulierung, die aus verschiedenen Komponenten, insbesondere dem Harz (Polymer; reaktive Bindekomponente) und dem Härter, besteht. Durch Vermischen der beiden Komponenten unmittelbar vor der Anwendung wird meist bereits bei Raumtemperatur die Aushärte-Reaktion gestartet. Zweikomponentensysteme härten durch chemische Reaktionen wie Polyaddition, Polykondensation und Polymerisation aus. Beispiele für Zweikomponentensysteme sind ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze), Epoxidharze (EP-Harze), Methylmethacrylatklebstoff.So-called two-component formulations (two-component formulations) are known in the art, for example as two-component adhesives, also called two-component adhesives or two-component adhesives. A 2K formulation is thus a formulation consisting of various components, in particular the resin (polymer; reactive binder component) and the hardener. By mixing the two components immediately before use, the curing reaction is usually started already at room temperature. Two-component systems cure by chemical reactions such as polyaddition, polycondensation and polymerization. Examples of two-component systems are unsaturated polyester resins (UP resins), epoxy resins (EP resins), methyl methacrylate adhesive.

Beschichtungsstoffe spielen auf vielfältigen Anwendungsgebieten eine wichtige Rolle. So müssen Beschichtungsstoffe z.B. eine effektive Barriere gegen diverse Umwelteinflüsse, wie UV-Licht und Baumharz, darstellen und gleichzeitig resistent gegenüber inneren Spannungen, Abrieb und Mikrorissen sein. Oberste Priorität ist dabei der Schutz des darunterliegenden Werkstoffes vor Beschädigungen, Korrosion und Versagen, um den Wert und optischen Eindruck des Bauteils zu erhalten und dem Verfall entgegenzuwirken.Coating materials play an important role in a wide variety of applications. Thus, coating materials, e.g. be an effective barrier against various environmental influences, such as UV light and tree resin, while being resistant to internal stresses, abrasion and microcracks. The highest priority is the protection of the underlying material against damage, corrosion and failure in order to preserve the value and visual impression of the component and to counteract the decay.

Hierbei sind hauptsächlich z.B. folgende im Stand der Technik existierende Probleme sind zu benennen: Mechanische Beschädigungen von Beschichtungen; Zerstörung der Schutzeigenschaften sowie Minderung des optischen Erscheinungsbildes; Beschädigung durch Spannungen und Vibrationen durch die Bildung von Rissen; Verlust von Schutzeigenschaften sowie möglicher Haftungsverlust; Beschädigung durch weitere Umwelteinflüsse wie z.B. UV-Strahlung, Chemikalien sowie aggressive Agenzien; Auftreten von frühzeitiger Alterung durch Rissbildung und Versprödung; Schäden am optischen Erscheinungsbild.Here, mainly, e.g. The following problems existing in the prior art are to be named: mechanical damage of coatings; Destruction of the protective properties and reduction of the visual appearance; Damage due to tensions and vibrations due to the formation of cracks; Loss of protective properties and possible loss of liability; Damage by other environmental influences such. UV radiation, chemicals and aggressive agents; Occurrence of premature aging due to cracking and embrittlement; Damage to the visual appearance.

Als Folgen dieser Probleme kommt es beispielsweise zum vorzeitigen Ausfall von Anlagen und Maschinen, zum erhöhten Reparaturbedarf sowie erhöhten Instandhaltungsmaßnahmen und der damit verbundenen Kosten, zu einer erhöhten Gefahr für den Menschen in Bezug auf mögliche Unfälle durch Versagen von einzelnen Bauteilen, und auch zu einer erhöhten Gefahr für die Umwelt durch unbeabsichtigtes Austreten oder Emission von umweltgewährenden Stoffen aus versagenden Behältern oder Anlagen.The consequences of these problems include, for example, the premature failure of equipment and machinery, the increased need for repair and increased maintenance and associated costs, and increased human hazard in relation to possible component failure and also increased incidents Danger to the environment through accidental leakage or emission of environmentally hazardous substances from failing containers or equipment.

Um hohe Anforderungen an Beschichtungssysteme zu erfüllen, rückten in den letzten Jahren immer mehr innovative und neuartige Polymersysteme in den Fokus moderner Forschung und Industrie - die selbstheilenden Lacke. Die Konzeptionierung von selbstheilenden Beschichtungen bzw. Lacken kann hierbei grob in drei Bereiche unterteilt werden, den Reflow-Effekt, die intrinsische Selbstheilung und extrinsische Selbstheilung.In order to meet high demands on coating systems, in recent years more and more innovative and novel polymer systems have come into the focus of modern research and industry - the self-healing paints. The conception of self-healing coatings or lacquers can be roughly divided into three areas, the reflow effect, the intrinsic self-healing and extrinsic self-healing.

Der Reflow-Effekt zielt darauf ab sehr feine Kratzer und Mikrorisse auf z.B. Autodecklacken, hervorgerufen durch z.B. Sandkörner zwischen den Bürstenfasern einer Waschstraße, auszugleichen. Dieser Effekt kann über die Anpassung der Glasübergangstemperatur Tg auf 50-60 °C erzielt werden. Beim Überschreiten dieses Glasübergangstemperaturbereichs durch thermische Energie, wie Sonneneinstrahlung, wird die Beweglichkeit des Polymernetzwerks erhöht, sodass das Polymer in einen viskoelastischen Zustand übergehen kann. Durch die Erweichung des Materials können kleine Deformationen und feine Kratzer verfließen. Der Nachteil des Reflow-Effekts besteht darin, dass er von den viskoelastischen Eigenschaften des Polymers abhängt und somit hinsichtlich der Auswahl geeigneter selbstheilender Polymere Einschränkungen bestehen. Auch kann zwar durch viskoelastisches Verfließen von kleinen plastischen Deformationen eine gewisse Selbstheilung bewirkt werden, große Kratzer mit Materialabtrag lassen sich durch den Reflow-Effekt jedoch nicht verschließen. Ein Nachteil dieses Konzeptes ist somit, dass nur sehr feine oberflächliche Deformationen des Lackes wiederhergestellt werden können. Beschädigungen, die in die Tiefe gehen und/oder zu Materialabtrag führen, können durch den Reflow-Effekt nicht ausgeglichen werden.The reflow effect aims to compensate for very fine scratches and microcracks on, for example, automotive topcoats caused, for example, by sand grains between the brush fibers of a carwash. This effect can be achieved by adjusting the glass transition temperature T g to 50-60 ° C. When this glass transition temperature range is exceeded by thermal energy, such as solar radiation, the mobility of the polymer network is increased, so that the polymer can go into a viscoelastic state. Due to the softening of the material small deformations and fine scratches can flow away. The disadvantage of the reflow effect is that it depends on the viscoelastic properties of the polymer and thus there are limitations to the selection of suitable self-healing polymers. Also, although a certain self-healing can be effected by viscoelastic flow of small plastic deformations, large scratches with material removal can not be closed by the reflow effect. A disadvantage of this concept is thus that only very fine superficial deformations of the paint can be restored. Damage that goes into the depth and / or lead to material removal, can not be compensated by the reflow effect.

Unter „extrinsischer Selbstheilung“ versteht man Selbstheilungsverfahren, bei denen ein in Kapseln oder Hohlfasern eingebettetes Selbstheilungsreagenz eingesetzt wird. Nach einer Beschädigung tritt das Selbstheilungsreagenz aus den Kapseln bzw. Hohlfasern aus, um die Selbstheilung zu bewirken. Ein gravierender Nachteil der extrinsischen Selbstheilung besteht darin, dass die Selbstheilung nur einmal möglich, die Erzielung nachhaltiger Selbstheilungseffekte also nicht oder zumindest nur eingeschränkt möglich ist. Diese konzeptionelle Erweiterung einer Selbstheilungsstrategie gelang erstmals der Arbeitsgruppe White an der Universität Illinois mit der extrinsischen Selbstheilung von Polymeren. Dabei werden Mikrokapseln in die Polymermatrix eingebettet, in denen flüssiges Monomer und ein Katalysator immobilisiert wurden. Bei einer Beschädigung der Oberfläche brechen die Kapseln entlang des Risses auf und geben den Inhalt frei. Das Monomer polymerisiert und versiegelt so den Riss. Die Einarbeitung der Kapseln in ein Decklacksystem ist dabei nur bedingt möglich, da die Kapseln einen Glanzschleier (Harze) im Klarlack bewirken. Eine weitere Einschränkung der extrinsischen Selbstheilung ist, dass bei einer wiederholten Beschädigung des Materials an der gleichen Stelle keine Heilung der Kratzer stattfinden kann, da die Kapseln irreversibel zerstört wurden."Extrinsic self-healing" refers to self-healing processes in which a self-healing reagent embedded in capsules or hollow fibers is used. After damage occurs Self-healing reagent from the capsules or hollow fibers to effect self-healing. A serious disadvantage of extrinsic self-healing is that self-healing is possible only once, thus achieving sustainable self-healing effects is not possible or at least only partially possible. This conceptual extension of a self-healing strategy was achieved for the first time by the White working group at the University of Illinois with the extrinsic self-healing of polymers. In the process, microcapsules are embedded in the polymer matrix in which liquid monomer and a catalyst have been immobilized. If the surface is damaged, the capsules break up along the crack and release the contents. The monomer polymerizes and seals the crack. The incorporation of the capsules in a topcoat system is only conditionally possible because the capsules cause a glossy haze (resins) in the clearcoat. Another limitation of extrinsic self-healing is that if the material is repeatedly damaged at the same site, the scratches can not be cured because the capsules were irreversibly destroyed.

Dieses Problem könnte mit der intrinsischen Selbstheilung, dem dritten Selbstreparaturkonzept, umgangen werden. Die intrinsische Selbstheilung beruht auf einer speziellen Polymerarchitektur bei der das Polymer zur Ausbildung einer Vielzahl von reversiblen Bindungen befähigt wird. Dabei wird zwischen i) kovalenten und ii) physikalischen, supramolekularen Netzwerk-Bindungen unterschieden. Mögliche reversibel kovalente Systeme sind dabei retro-Diels-Alder und Disulfidbrückenbindungen. Die kovalenten Systeme benötigen für die Bindungsöffnung und Bindungsschlussreaktion zwingend einen externen Stimulus, wie Temperatur, UV-Licht, pH-Änderung oder einen Katalysator.This problem could be circumvented with the intrinsic self-healing, the third self-repair concept. The intrinsic self-healing is based on a special polymer architecture in which the polymer is capable of forming a variety of reversible bonds. Here, a distinction is made between i) covalent and ii) physical, supramolecular network bonds. Possible reversible covalent systems are retro-Diels-Alder and disulfide bridge bonds. The covalent systems imperatively require an external stimulus such as temperature, UV light, pH change, or a catalyst for the bond opening and binding reaction.

Systeme basierend auf schwachen physikalischen und supramolekularen Wechselwirkungen, wie Wasserstoffbrückenbindungen, π-π-stacking und metallkoordinierte Systeme können sowohl mit Hilfe eines Stimulus, als auch autonom Selbstheilung zeigen. Das polymere Netzwerk ist dabei mit einer Vielzahl an physikalischen Bindungsplätzen ausgestattet, sodass ein supramolekulares Netzwerk aufgebaut werden kann. Bei einer molekularen, mikro- oder makroskopischen Beschädigung werden die reversiblen Bindungen geöffnet und können sich anschließend autonom oder über einen Stimulus zu einem neuen Netzwerk zusammenlagern.Systems based on weak physical and supramolecular interactions, such as hydrogen bonding, π-π stacking, and metal-coordinated systems can self-heal both by stimulus and autonomously. The polymer network is equipped with a variety of physical binding sites, allowing the construction of a supramolecular network. Upon molecular, microscopic or macroscopic damage, the reversible bonds are opened and can then aggregate autonomously or via a stimulus into a new network.

Die Arbeitsgruppe von Sijbesma ( Sijbesma RP, Beijer FH, Brunsveld L, Folmer BJB, Hirschberg JHKK, Lange RFM, Lowe JKL, Meijer EW (1997) Science 278:1601-1604 ) entwickelte ein Polymersystem basierend auf Polyethylenglycol (PEG), welches mit Ureidopyrimidon-Einheiten (UPy) mit vierfachen Wasserstoffbrückenbindungsplätzen funktionalisiert wurde. Die Polymere bauen so ein starkes selbstdimerisiertes supramolekulares Netzwerk auf und zeigen Selbstheilung bei leichter Druckeinwirkung. Die Selbstheilung des Materials erfolgt autonom, nur durch eine moderate Krafteinwirkung. Es gelang hiermit erstmals ein Elastomer als SupraPolix BV zu kommerzialisieren.The working group of Sijbesma ( Sijbesma RP, Beijer FH, Brunsveld L, Folmer BJB, Hirschberg JHKK, Long RFM, Lowe JKL, Meijer EW (1997) Science 278: 1601-1604 ) developed a polymer system based on polyethylene glycol (PEG), which was functionalized with ureidopyrimidone units (UPy) with fourfold hydrogen-bonding sites. The polymers thus build up a strong self-dimerized supramolecular network and exhibit self-healing under light pressure. The self-healing of the material is autonomous, only by a moderate force. For the first time, it was possible to commercialize an elastomer as SupraPolix BV.

Die Arbeitsgruppe von Leibler aus Paris entwickelte ein thermoreversibles Polymer mit niedriger Glasübergangstemperatur. Das Elastomer besteht aus Polyamideinheiten, die aus dimeren und trimeren Fettsäuren und Ethylendiamineinheiten (UDETA, DETA usw.) aufgebaut sind. Anschließend werden die Endgruppen der Fettsäuren in ein Epoxidnetzwerk bestehend aus DGEBA kovalent miteinander verknüpft, sodass ein kovalent verbundenes Netzwerk entsteht (siehe z.B. Cordier P, Tournilhac F, Soulie-Ziakovic C, Leibler L (2008) Nature 451:977-980 ). Zum Aufbau des thermoreversiblen Polymers wird das primäre Amin an trimere oder dimere Fettsäuren angeknüpft und anschließend die Fettsäuren mit Epoxiden quervernetzt. Das System wird zusätzlich über die Zugabe von Dodecan erweicht, sodass die Glasübergangstemperatur Tg auf 8 °C herabgesenkt wird. Vollständige Selbstheilungen von zwei durchgeschnittenen und wieder zusammengesetzten Teilstücken des Elastomers konnten nach drei Stunden bei Raumtemperatur beobachtet werden.The group of Leibler from Paris developed a thermo-reversible polymer with low glass transition temperature. The elastomer consists of polyamide units composed of dimeric and trimeric fatty acids and ethylenediamine units (UDETA, DETA, etc.). Subsequently, the end groups of the fatty acids are covalently linked to each other in an epoxy network consisting of DGEBA, so that a covalently linked network is formed (see, for example, US Pat Cordier P, Tournilhac F, Soulie-Ziakovic C, Leibler L (2008) Nature 451: 977-980 ). To build up the thermo-reversible polymer, the primary amine is attached to trimeric or dimeric fatty acids, and then the fatty acids are cross-linked with epoxides. The system is additionally softened by the addition of dodecane so that the glass transition temperature T g is lowered to 8 ° C. Complete self-healing of two intersected and reassembled sections of the elastomer could be observed after three hours at room temperature.

Die im Stand der Technik bekannten Systeme lassen sich allerdings nur bedingt auf eine potentielle Anwendung übertragen. Darüber hinaus handelt es sich bei den beschriebenen Systemen des Standes der Technik um eine ganz spezielle Polymerbauweise, die in Kombination mit gängigen Polymerbindemitteln bzw. Härtern in der Praxis nicht übertragbar ist.However, the systems known in the prior art can only be conditionally transferred to a potential application. In addition, the described systems of the prior art are a very special polymer construction which in practice is not transferable in combination with common polymer binders or hardeners.

Aufgrund des vorstehend beschriebenen Standes der Technik besteht somit ein großer Bedarf für die Entwicklung von 2K-Härter-Komponenten auf Basis von modifizierten Isocyanatkomponenten oder Polyepoxidkomponenten, die mit gängigen Hydroxyl- und/oder Amin-Gruppen enthaltenden Bindemitteln vernetzt werden können und zu einem selbstheilenden Effekt führen.Due to the prior art described above, there is thus a great need for the development of 2K hardener components based on modified isocyanate components or polyepoxide components, which can be crosslinked with conventional binders containing hydroxyl and / or amine groups and to a self-healing effect to lead.

Eine Selbstheilungseigenschaft, die vorzugsweise in einem polymeren Netzwerk stattfindet, ist für bestimmte Molekülklassen auf Basis von dimeren und trimeren Fettsäuren bereits in der WO 2006/087475 A1 beschrieben. So offenbart die WO 2006/087475 A1 Materialien mit kautschukartiger Elastizität, die Moleküle mit einer Masse zwischen 9 und 9000 g/mol umfassen, wobei alle oder ein Teil der Moleküle mindestens drei auch als assoziative Gruppen bekannte Gruppen aufweisen, die mittels nicht-kovalenter Wechselwirkungen assoziieren können. Das beschriebene Material, welches nicht-polymerisierte und nicht-chemisch vernetzte kleine Moleküle umfasst, weist kautschukartige Elastizitätseigenschaften auf. In einer Ausführungsform weist das beschriebene Material bei Umgebungstemperatur eine kautschukähnliche Elastizität auf. Oberhalb einer bestimmten Temperatur fließt das Material wie eine einfache Flüssigkeit. Das Material ist thermoreversibel, d.h. ein Material mit gummiartiger Elastizität kann wiederholt durch Kühlung erhalten werden. Zusätzlich umfasst das beschriebene Material ein selbstheilendes Material, das potentiell recycelbar ist, was bei einem chemisch vernetzten Elastomer nicht der Fall ist. In einer Ausführungsform des beschriebenen Materials tragen die das Material bildenden Moleküle assoziative Gruppen der Formel (F),

Figure DE102017125179A1_0001
worin A Sauerstoff, Schwefel oder NH bedeutet, wobei die Kohlenstoffatome der Formel (F) substituiert sein können. A bedeutet vorzugsweise Sauerstoff. Vorteilhafterweise umfasst das Material (i) Moleküle mit mindestens 3 assoziativen Gruppen und (ii) Moleküle mit einer einzigen assoziativen Gruppe. Vorzugsweise werden die Moleküle der WO 2006/087475 A1 aus Fettsäurederivaten erhalten.A self-healing property, which preferably takes place in a polymeric network, is already known for certain classes of molecules based on dimeric and trimeric fatty acids WO 2006/087475 A1 described. So revealed the WO 2006/087475 A1 Rubbery elastic materials comprising molecules of mass between 9 and 9000 g / mol, all or part of the molecules being at least three also have groups known as associative groups which can associate by means of non-covalent interactions. The described material comprising non-polymerized and non-chemically crosslinked small molecules has rubbery elasticity properties. In one embodiment, the described material has a rubber-like elasticity at ambient temperature. Above a certain temperature, the material flows like a simple liquid. The material is thermo reversible, that is, a material having rubbery elasticity can be repeatedly obtained by cooling. In addition, the described material includes a self-healing material that is potentially recyclable, which is not the case with a chemically crosslinked elastomer. In one embodiment of the described material, the molecules forming the material carry associative groups of the formula (F),
Figure DE102017125179A1_0001
wherein A is oxygen, sulfur or NH, wherein the carbon atoms of the formula (F) may be substituted. A is preferably oxygen. Advantageously, the material comprises (i) molecules having at least 3 associative groups and (ii) molecules having a single associative group. Preferably, the molecules of the WO 2006/087475 A1 obtained from fatty acid derivatives.

Vor dem Hintergrund des beschriebenen Standes der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Härterkomponente für ein Polymer (2K-Härter-Komponente) auf Basis von modifizierten Isocyanatkomponenten oder Polyepoxidkomponenten, die vorzugsweise mit gängigen Hydroxyl- und/oder Amin-Gruppen enthaltenden Bindemitteln vernetzt werden können und zu einem selbstheilenden Effekt führen, anzugeben, die eine Vielzahl der oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere war es gewünscht, dass die Härterkomponente für ein Polymer (2K-Härter-Komponente) auf Basis von modifizierten Isocyanatkomponenten oder Polyepoxidkomponenten vielseitig einsetzbar und verhältnismäßig kostengünstig ist, eine gute Fähigkeit zur Selbstheilung, insbesondere zur Selbstheilung einer Beschichtung auch von in einer Beschichtung entstandenen kleinen bis hin zu größeren, z.B. mechanischen, Beschädigungen, wie beispielsweise von Mikrorissen bis hin zu Makrorissen und Kratzer, gewährleisten kann, einen guten Schutz insbesondere auch gegen mechanische, chemische und/oder physikalische Belastungen darstellt. Ferner sollte die Härterkomponente für ein Polymer (2K-Härter-Komponente) auf Basis von modifizierten Isocyanatkomponenten oder Polyepoxidkomponenten bevorzugt in Bezug auf die Art der 2K-Formulierungen (2-Komponenten-Formulierungen) und Zwei-Komponenten-Systeme vielseitig einsetzbar sein.Against the background of the prior art described, it was the object of the present invention to crosslink a hardener component for a polymer (2K hardener component) based on modified isocyanate components or polyepoxide components, which preferably binds with conventional binders containing hydroxyl and / or amine groups can lead to a self-healing effect, which overcomes a variety of the above-described disadvantages of the prior art. In particular, it was desired that the hardener component for a polymer (2K hardener component) based on modified isocyanate components or polyepoxide components be versatile and relatively inexpensive, a good self-healing ability, in particular for self-healing of a coating even of small in a coating to larger, eg mechanical, damage, such as from microcracks to macrocracks and scratches, can ensure good protection especially against mechanical, chemical and / or physical stress. Furthermore, the hardener component for a polymer (2K hardener component) based on modified isocyanate components or polyepoxide components should preferably be versatile in relation to the type of 2K formulations (two-component formulations) and two-component systems.

Gelöst wird diese Aufgabe im Allgemeinen durch eine erfindungsgemäße, wie in den Ansprüchen definierte, Härterkomponente für ein Polymer (2K-Härter-Komponente), insbesondere auf Basis von modifizierten Isocyanatkomponenten oder Polyepoxidkomponenten, die vorzugsweise mit gängigen Hydroxyl- und/oder Amin-Gruppen enthaltenden Bindemitteln vernetzt werden können und zu einem selbstheilenden Effekt führen, wobei die erfindungsgemäße Härterkomponente hergestellt oder herstellbar ist durch Reaktion (a) einer Verbindung, die Substituenten enthält, die unabhängig voneinander wenigstens ein funktionalisierendes Element umfassen oder damit modifiziert sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Doppelbindung, Dreifachbindung, OH-, NH2-, NH-, CONH-, COOH-, NCO-, Thioisocyanat-, Aldehyd-, Urethan-, Urea-, Imin-, Sulfo-, Sulfino-, Sulfeno-, Mercapto-, Oxim-, Imino-, Hydrazino-, Halogen- und Nitrosylgruppe; und (b) einem Polyisocyanat oder einem Polyepoxyd.This object is achieved in general by a hardener component according to the invention as defined in the claims for a polymer (2K hardener component), in particular based on modified isocyanate components or polyepoxide components, preferably containing conventional hydroxyl and / or amine groups Binders can be crosslinked and lead to a self-healing effect, wherein the hardener component of the invention is prepared or prepared by reaction of (a) a compound containing substituents independently comprise at least one functionalizing element or modified therewith, selected from the group consisting of Double bond, triple bond, OH, NH 2 , NH, CONH, COOH, NCO, thioisocyanate, aldehyde, urethane, urea, imine, sulfo, sulfino, sulfeno, mercapto, Oxime, imino, hydrazino, halogen and nitrosyl group; and (b) a polyisocyanate or a polyepoxide.

Die Erfindung betrifft hierbei eine chemisch modifizierte Härterkomponente, vorzugsweise auf Isocyanat- und/oder Epoxidbasis, die als 2K-Formulierung molekulare, mikroskopische (Mikrorisse) und makroskopische Beschädigungen heilen kann.The invention relates in this case to a chemically modified hardener component, preferably based on isocyanate and / or epoxy, which can cure molecular, microscopic (microcracks) and macroscopic damage as a 2K formulation.

Gelöst wird diese Aufgabe im Speziellen durch eine Härterkomponente für ein Polymer, hergestellt oder herstellbar durch Reaktion

  1. (a) einer Verbindung oder mehrerer Verbindungen der Formel (I),
    Figure DE102017125179A1_0002
    wobei X unabhängig von den gegebenenfalls anderen X jeweils eine S, O oder NH-Gruppe bedeutet, und
    • (i) R1 und R2 unabhängig voneinander jeweils eine lineare gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen bedeuten oder R1 und R2 gemeinsam einen cycloheteroaliphatischen oder heterocyclischen Ring mit 5 bis 6 Atomen bilden, wobei R2 unabhängig auch H bedeuten kann, und R3 wie nachfolgend unter (ii) definiert ist, oder
    • (ii) R2 wie vorstehend unter (ii) definiert ist, und R1 und R3 unabhängig voneinander jeweils eine lineare gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen oder eine lineare gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen, die einen cycloheteroaliphatischen oder heterocyclischen Ring mit 5 bis 6 Atomen umfasst, darstellt, und wobei R1 und/oder R3 unabhängig voneinander jeweils wenigstens ein funktionalisierendes Element umfassen oder damit modifiziertsind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Doppelbindung, Dreifachbindung, OH-, NH2-, NH-, CONH-, COOH-, NCO-, Thioisocyanat-, Aldehyd-, Urethan-, Urea-, Imin-, Sulfo-, Sulfino-, Sulfeno-, Mercapto-, Oxim-, Imino-, Hydrazino-, Halogen- und Nitrosylgruppe; und n = 1, 2 oder 3 ist; und
  2. (b) einem Polyisocyanat oder einem Polyepoxyd.
This object is achieved in particular by a hardener component for a polymer, prepared or preparable by reaction
  1. (a) one or more compounds of the formula (I),
    Figure DE102017125179A1_0002
    wherein X is independently of the optionally other X each represents an S, O or NH group, and
    • (i) R 1 and R 2 independently of one another each denote a linear saturated or unsaturated hydrocarbon chain having 1 to 12 C atoms or R 1 and R 2 together form a cycloheteroaliphatic or heterocyclic ring having 5 to 6 atoms, where R 2 can also be independently H, and R 3 as defined below under (ii), or
    • (ii) R2 is as defined above under (ii), and R1 and R3 independently of one another in each case a linear saturated or unsaturated hydrocarbon chain having 1 to 12 carbon atoms or a linear saturated or unsaturated hydrocarbon chain having 1 to 12 carbon atoms, a includes cycloheteroaliphatic or heterocyclic ring having 5 to 6 atoms group, and wherein R1 and / or R3 independently of one another each comprise a functionalizing element at least or so modified are selected from the group consisting of double bond, triple bond, OH, NH 2 -, NH , CONH, COOH, NCO, thioisocyanate, aldehyde, urethane, urea, imine, sulfo, sulfino, sulfeno, mercapto, oxime, imino, hydrazino, halogen and nitrosyl; and n = 1, 2 or 3; and
  2. (b) a polyisocyanate or a polyepoxide.

In einer bevorzugten Variante betrifft die Erfindung eine vorstehend definierte erfindungsgemäße Härterkomponente, umfassend 1, 2 oder 3 Isocyanat- und/oder Epoxygruppen. In a preferred variant, the invention relates to a hardener component according to the invention as defined above comprising 1, 2 or 3 isocyanate and / or epoxy groups.

In einer weiteren bevorzugten Variante betrifft die Erfindung eine vorstehend genannte erfindungsgemäße Härterkomponente, wobei das Polyisocyanat oder das Polyepoxyd eine Verbindung der Formel (II) ist,

Figure DE102017125179A1_0003
wobei R1 und R5 unabhängig voneinander H oder ein gesättigter Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen sind oder gemeinsam eine zu einem heterocycloaliphatischen Ring verbrückende Carbonylgruppe darstellen,
R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander einen gesättigten, linearen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen, einen gegebenenfalls mit 1 bis 6 Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 2 C-Atomen substituierten Cycloalkylrest oder einen mit 1 bis 2 Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 2 C-Atomen substituierten Benzylrest darstellen, wobei der Cycloalkylrest oder der Benzylrest jeweils mit einer linearen gesättigten Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 8 C-Atomen mit dem jeweiligen N verbunden sein kann und jeder Rest R2, R3 und R4 über eine bevorzugt endständige Epoxyd- oder Isocyanatgruppe verfügt.In a further preferred variant, the invention relates to an above-mentioned hardener component according to the invention, where the polyisocyanate or the polyepoxide is a compound of the formula (II)
Figure DE102017125179A1_0003
wherein R1 and R5 independently of one another are H or a saturated hydrocarbon radical having 1 to 8 C atoms or together represent a heterocycloaliphatic ring-bridging carbonyl group,
R 2, R 3 and R 4 each independently represent a saturated, linear or branched hydrocarbon radical having 1 to 8 C atoms, a cycloalkyl radical optionally substituted by 1 to 6 hydrocarbon radicals having 1 to 2 C atoms or one having 1 to 2 hydrocarbon radicals having 1 to 2 C atoms represent substituted benzyl radical, wherein the cycloalkyl radical or the benzyl radical may each be connected to a linear saturated hydrocarbon chain having 1 to 8 carbon atoms with the respective N and each radical R2, R3 and R4 has a terminal epoxide or isocyanate preferably terminal ,

In einer anderen bevorzugten Variante betrifft die Erfindung eine vorstehend genannte erfindungsgemäße Härterkomponente, wobei in Formel (I) n=1 ist. In another preferred variant, the invention relates to an above-mentioned hardener component according to the invention, wherein in formula (I) n = 1.

Weiterhin betrifft die Erfindung in einer bevorzugten Variante eine vorstehend genannte erfindungsgemäße Härterkomponente, wobei in Formel (I) R1 und R2 gemeinsam einen Ring mit fünf Atomen bilden, wobei R1 und R2 über eine Etylengruppe miteinander verbunden sind.Furthermore, the invention relates in a preferred variant to an above-mentioned hardener component according to the invention, wherein in formula (I) R1 and R2 together form a ring having five atoms, wherein R1 and R2 are linked to one another via an etylene group.

Ferner betrifft die Erfindung in einer anderen bevorzugten Variante eine Vielzahl von vorstehend genannten erfindungsgemäßen Härterkomponenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxyden und Polyisocyanaten, wobei die Härterkomponenten mit Verbindungen der Formel (I), wie diese oben definiert ist, so zur Reaktion gebracht wurden, dass durchschnittlich wenigstens 1, bevorzugt wenigstens 1,5, weiter bevorzugt wenigstens 2 Epoxy- oder Isocyanatgruppen pro Härterkomponente verbleiben.Furthermore, in another preferred variant, the invention relates to a plurality of above-mentioned hardener components according to the invention selected from the group consisting of polyepoxides and polyisocyanates, wherein the hardener components are reacted with compounds of the formula (I) as defined above such that on average at least 1, preferably at least 1.5, more preferably at least 2 epoxy or isocyanate groups remain per hardener component.

In einer bevorzugten Variante betrifft die Erfindung eine vorstehend genannte erfindungsgemäße Vielzahl von Härterkomponenten, wobei die Härterkomponenten, vor der Reaktion mit der Verbindung der Formel (I) eine Verbindung der Formel (II) waren.In a preferred variant, the invention relates to an abovementioned plurality of hardener components according to the invention, wherein the hardener components before the reaction with the compound of the formula (I) were a compound of the formula (II).

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass das mit Hilfe einer Verbindung oder mehrerer Verbindungen der Formel (I) die Möglichkeit eröffnet wurde, die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Härterkomponenten für ein Polymer, die auf einer Reaktion einer Verbindung oder mehrerer Verbindungen der Formel (I) mit einem Polyisocyanat oder einem Polyepoxyd basieren, bereitzustellen, die sich gegenüber den gängigen selbstheilenden Beschichtungsvarianten des Standes der Technik, einschließlich elektrisch isolierenden selbstheilenden Beschichtungsvarianten (Isolationslacke), hinsichtlich der Fähigkeit, Qualität und Nachhaltigkeit zur Selbstheilung als eindeutig überlegen erweisen.Surprisingly, it has been found that with the aid of one or more compounds of the formula (I) it has become possible to use the above-described hardener components for a polymer according to the invention based on a reaction of one or more compounds of the formula (I) with a polyisocyanate or a polyepoxide, which prove to be clearly superior to the conventional self-healing coating variants of the prior art, including electrically insulating self-healing coating variants (insulating lacquers) in terms of ability, quality and sustainability for self-healing.

Unter dem Begriff „Selbstheilung“ wird im Rahmen der Erfindung in einem Aspekt die Fähigkeit einer Beschichtung, insbesondere einer Lackbeschichtung oder einer Klebstoffmischung, einschließlich z.B. in einem Isolationslack, verstanden, sich eigenständig, also insbesondere ohne aufwändigen äußeren Eingriff wie z.B. eine Nachlackierung von Beschädigungen, insbesondere z. B. von Beschädigungen nach mechanischer Einwirkung, wie beispielsweise von Mikrorissen, Makrorisse und Kratzern, befreien und die entsprechenden Funktionen und Eigenschaften einer Beschichtung, insbesondere einer Lackbeschichtung, einschließlich z.B. in einem Isolationslack, wiederherstellen zu können. Insbesondere bedeutet „ohne aufwendigen äußeren Eingriff“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass die Selbstheilung durch Wärme eintritt, insbesondere durch solche Wärme, die das elektrische Bauteil oder umgebende Bauteil im Betrieb selbst erzeugt. Alternativ oder zusätzlich bedeutet „ohne aufwendigen äußeren Eingriff“ auch, dass die Selbstheilung durch die Luftfeuchtigkeit in der Umgebungsluft eintritt.The term "self-healing" in the context of the invention means in one aspect the ability of a coating, in particular a lacquer coating or an adhesive mixture, including e.g. in an insulating varnish, understood, stand alone, so in particular without complex external intervention such. a repainting of damage, in particular z. Mechanical damage, such as microcracks, macrocracks and scratches, and eliminate the corresponding functions and properties of a coating, especially a paint coating, including e.g. in an insulation varnish, to restore. In particular, "without costly external intervention" in the context of the present invention means that the self-healing occurs by heat, in particular by such heat that generates the electrical component or surrounding component during operation itself. Alternatively or additionally, "without costly external intervention" also means that the self-healing occurs due to the humidity in the ambient air.

In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der Erfindung unter dem Begriff „Selbstheilung“ die Fähigkeit von Polymeren, vorzugsweise in Lacken bzw. in einer Beschichtung, insbesondere in einer Lackbeschichtung, einschließlich z.B. in einem Isolationslack, verstanden, sich eigenständig, also insbesondere ohne aufwändigen äußeren Eingriff wie z.B. eine Nachlackierung von molekularen, mikroskopischen und/oder makroskopischen Beschädigungen, autonom und/oder mittels eines externen Stimulus von Beschädigungen, insbesondere z.B. nach elektrischem Durchschlag und/oder nach einer mechanischen Beschädigung, wie beispielsweise von Mikrorisse, Makrorisse und Kratzer, befreien und die entsprechenden Funktionen und Eigenschaften des Polymers, vorzugsweise in einer Beschichtung, insbesondere in einer Lackbeschichtung, einschließlich z.B. in einem Isolationslack, unter Wiederherstellung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Polymers wiederherstellen zu können. Grundsätzlich gilt die Definition „ohne aufwendigen äußeren Eingriff“ aus dem vorgehenden Absatz. Mit unter der Definition ist aber auch umfasst, dass als externer Stimulus die Luftfeuchtigkeit (gezielt) erhöht wird oder (gezielt) Wärme zugeführt wird, um den Selbstheilungsprozess auszulösen und/oder zu unterstützen.In a further aspect, the term "self-healing" in the context of the invention refers to the ability of polymers, preferably in paints or in a coating, in particular in a paint coating, including e.g. in an insulating varnish, understood, stand alone, so in particular without complex external intervention such. a repainting of molecular, microscopic and / or macroscopic damage, autonomously and / or by means of an external stimulus of damage, in particular e.g. after electrical breakdown and / or after mechanical damage such as microcracks, macrocracks and scratches, and the corresponding functions and properties of the polymer, preferably in a coating, especially in a lacquer coating, including e.g. in an insulating varnish, restoring the mechanical and physical properties of the polymer. In principle, the definition "without costly external intervention" from the preceding paragraph applies. However, the definition also includes that as external stimulus the air humidity is increased (specifically) or (specifically) heat is supplied in order to trigger and / or support the self-healing process.

Um hohe Anforderungen an Beschichtungssysteme zu erfüllen, wie einleitend bereits ausgeführt, rückten in den letzten Jahren immer mehr innovative und neuartige Polymersysteme in den Fokus moderner Forschung und Industrie, wie selbstheilende Beschichtungen bzw. Lacke und Klebstoffe, insbesondere 2-K-Klebstoffe, die hierbei grob in drei Bereiche unterteilt werden, den Reflow-Effekt, die intrinsische Selbstheilung und extrinsische Selbstheilung. Der Reflow-Effekt und extrinsische Selbstheilung wurden einleitend bereits zum Stand der Technik erläutert.In order to meet high demands on coating systems, as already stated, in recent years more and more innovative and novel polymer systems have become the focus of modern research and industry, such as self-healing coatings or lacquers and adhesives, in particular 2-component adhesives roughly divided into three areas, the reflow effect, the intrinsic self-healing and extrinsic self-healing. The reflow effect and extrinsic self-healing were already explained in the introduction to the state of the art.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun in einer bevorzugten Variante die intrinsische Selbstheilung. Unter „intrinsischer Selbstheilung“ wird erfindungsgemäß somit ein Selbstheilungsverfahren verstanden, bei dem die Selbstheilung in der Polymermatrix über reversible Bindungen bewirkt wird. Diese reversiblen Bindungen können hierbei kovalente Bindungssysteme (z.B. Diels-Alder) oder nicht-kovalente Bindungssysteme (z.B. über Wasserstoffbrücken) sein. Ein Vorteil der intrinsischen Selbstheilung besteht darin, dass die Selbstheilung wiederholbar, ist und somit auch nachhaltige Selbstheilungseffekte erzielt werden können. Neben der Reversibilität wird die intrinsische Selbstheilung in einer Lackbeschichtung erfindungsgemäß geprägt durch Effekte der Moleküldynamik, Amorphizität und/oder Funktionalität der erfindungsgemäß zur Modifizierung der Beschichtung vorgeschlagenen Verbindung der Formel (I).The present invention now relates, in a preferred variant, to intrinsic self-healing. By "intrinsic self-healing" is thus understood according to the invention a self-healing process, in the self-healing in the polymer matrix is effected via reversible bonds. These reversible bonds may be covalent bonding systems (eg Diels-Alder) or non-covalent bonding systems (eg via hydrogen bonds). An advantage of intrinsic self-healing is that self-healing is repeatable, and thus sustainable self-healing effects can be achieved. In addition to the reversibility, the intrinsic self-healing in a lacquer coating is coined according to the invention by effects of the molecular dynamics, amorphicity and / or functionality of the compound of the formula (I) proposed according to the invention for modifying the coating.

Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Selbstheilung bzw. die Herstellung von langlebigen Produkten ermöglicht wird. Dies ist dadurch begründet, dass anders als bei dem Selbstheilungskonzept mit Kapseln (extrinsische Selbstheilung), ist die Heilung an derselben Stelle bei diesem System (theoretisch unendlich) oft wiederholbar. Auch ist es möglich, anders als bei dem Selbstheilungskonzept mit Kapseln (extrinsische Selbstheilung), Materialien ohne Glanzschleier herzustellen. Zudem besteht eine vorteilhafte Systemvariation mit großer Auswahl an verwendbaren Beschichtungen und polymerbasierten Materialien für 2K-Syteme mit einer erfindungsgemäß modifizierten Härterkomponente für Polymere, wie diese oben definiert ist.Further advantages of the invention are that the self-healing or the production of durable products is made possible. This is due to the fact that unlike the self-healing concept with capsules (extrinsic self-healing), healing at the same place in this system (theoretically infinite) is often repeatable. It is also possible, unlike the self-healing concept with capsules (extrinsic self-healing) to produce materials without haze. In addition, there is an advantageous system variation with a large selection of usable coatings and polymer-based materials for 2K systems with a modified according to the invention hardener component for polymers, as defined above.

Die Erfindung betrifft also eine chemisch modifizierte, vorzugsweise auf Isocyanat- und/oder Epoxidbasis, modifizierte Härterkomponente, die als 2K-Formulierung molekulare, mikroskopische (Mikrorisse) und makroskopische Beschädigungen heilen kann. Die erfindungsgemäße Härterkomponente für ein Polymer ist hergestellt oder herstellbar durch Reaktion einer Verbindung oder mehrerer Verbindungen der Formel (I) mit einem Polyisocyanat oder einem Polyepoxyd.The invention thus relates to a chemically modified, preferably isocyanate- and / or epoxy-based, modified hardener component which can cure molecular, microscopic (microcracks) and macroscopic damage as a 2K formulation. The curing agent component of the invention for a polymer is prepared or preparable by reacting a compound or compounds of formula (I) with a polyisocyanate or a polyepoxide.

Das Polyisocyanat kann hierbei an sich jedes dem Fachmann bekannte Polyisocyanat sein. Polyisocyanate sind organische Verbindungen, die zwei oder mehrere Isocyanatgruppen (-N=C=O) enthalten. Sie können in aliphatische und aromatische Isocyanate eingeteilt werden. Polyisocyanate sind hochreaktive Verbindungen. Die Polyadditions-Reaktionen von Polyisocyanaten mit Diolen (zweiwertigen Alkoholen) beziehungsweise Polyolen (mehrwertigen Alkoholen) sind die Grundlage der Polyurethan-Chemie. Alkohole mit mehr als zwei Hydroxygruppen haben als Vernetzer wesentlichen Einfluss auf die Verarbeitung und Aushärtung sowie die daraus resultierenden Eigenschaften von Polyurethan-Lacken [und -Klebstoffen].The polyisocyanate may in this case be any polyisocyanate known to the person skilled in the art. Polyisocyanates are organic compounds containing two or more isocyanate groups (-N = C = O). They can be divided into aliphatic and aromatic isocyanates. Polyisocyanates are highly reactive compounds. The polyaddition reactions of polyisocyanates with diols (dihydric alcohols) or polyols (polyhydric alcohols) are the basis of polyurethane chemistry. Alcohols with more than two hydroxy groups as crosslinkers have a significant influence on the processing and curing as well as the resulting properties of polyurethane coatings [and adhesives].

Beispiele für dem Fachmann bekannte lisocyanate sind aliphatische Di- und Tridiisocyanate, aromatische Di- und Tridiisocyanate und aromatische Polyisocyanate. Aliphatische und cycloaliphatische Isocyanate werden aufgrund ihrer Lichtbeständigkeit hauptsächlich bei Lacken eingesetzt. Sie verfügen über eine hohe Härte, neigen aber in vielen Systemen dazu spröde auf mechanische Belastungen zu reagieren. Durch Verwendung von anderen Aminoalkoholen kann man die Flexibilität der Stoffe einstellen. Dem Fachmann bekannte Beispiele, die in einer bevorzugten Variante der Erfindung eingesetzt werden können, sind: Hexamethylendiisocyanat (HDI); Isophorondiisocyanat (IPDI); und 1,4-Cyclohexyldiisocyanat (CHDI). Die aromatischen Polyisocyanate weisen aufgrund des aromatischen Restes eine höhere Reaktivität gegenüber Hydroxygruppen auf und werden daher bevorzugt in PUR-Anwendungen eingesetzt. Sie sind im Gegensatz zu aliphatischen Polymere flexibler. Dem Fachmann bekannte Beispiele, die in einer bevorzugten Variante der Erfindung eingesetzt werden können, sind: Toluylendiisocyanat (TDI) und Diphenylmethandiisocyanat (MDI). Aufgrund homologer Folgeprodukte von MDA entstehen beim MDI-Herstellprozess auch Homologe des MDI. Diese „polymeren Diphenylmethanisocyanate“ (PMDI) sind Hersteller-typischer Nebenbestandsteil von MDI. Im Gegensatz zu MDI wirkt PDMI vernetzend. Ein dem Fachmann gut bekanntes Beispiel, das in einer bevorzugten Variante der Erfindung eingesetzt werden kann, ist Polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI).Examples of lisocyanates known to those skilled in the art are aliphatic di- and tri-diisocyanates, aromatic di- and tri-diisocyanates and aromatic polyisocyanates. Aliphatic and cycloaliphatic isocyanates are mainly used in paints because of their light resistance. They have a high hardness, but in many systems tend to be brittle to respond to mechanical loads. By using other aminoalcohols one can adjust the flexibility of the substances. Examples known to the person skilled in the art that can be used in a preferred variant of the invention are: hexamethylene diisocyanate (HDI); Isophorone diisocyanate (IPDI); and 1,4-cyclohexyl diisocyanate (CHDI). The aromatic polyisocyanates have a higher reactivity to hydroxy groups due to the aromatic radical and are therefore preferably used in PU applications. They are more flexible than aliphatic polymers. Examples which are known to the person skilled in the art and which can be used in a preferred variant of the invention are: tolylene diisocyanate (TDI) and diphenylmethane diisocyanate (MDI). Due to homologous secondary products of MDA, MDI homologues are also produced in the MDI production process. These "polymeric diphenylmethane isocyanates" (PMDI) are manufacturer-typical minor constituent of MDI. Unlike MDI, PDMI has a cross-linking effect. A well-known to the expert example, which can be used in a preferred variant of the invention, is polymeric diphenylmethane diisocyanate (PMDI).

Das Polyepoxyd (synonym auch Polyepoxid) kann hierbei an sich jedes dem Fachmann bekannte Polyepoxyd sein. Ein Polyepoxid, auch Epoxidharz genannt, ist ein Polymer aus mehreren Epoxid-Segmenten. Diese werden als Klebstoff oder in Kompositwerkstoffen verwendet. Epoxide bzw. Epoxyde, auch Oxirane oder nach der Austauschnomenklatur Oxacyclopropane genannt, sind eine chemische Stoffgruppe sehr reaktionsfähiger cyclischer organischer Verbindungen. Sie enthalten einen Dreiring, bei dem im Vergleich zum Cyclopropan ein Kohlenstoff- durch ein Sauerstoffatom ersetzt ist. Die Sauerstoffbrücke wird als Epoxybrücke bezeichnet. Das einfachste und technisch interessanteste Epoxid ist Ethylenoxid (Ethenoxid). Aufgrund der in einem Dreiring herrschenden Ringspannung kann der Ring durch nucleophilen Angriff auf ein C-Atom relativ leicht geöffnet werden. Das Sauerstoffatom des Epoxidrings ist dabei zwar die Abgangsgruppe, bleibt aber mit einem C-Atom des Epoxids verbunden und ist somit weiterhin Bestandteil des Moleküls. Ist eines oder sind mehrere Wasserstoffatome des Ethylenoxids durch Organyl-Reste (Alkyl-Reste, Aryl-Reste, Alkylaryl-Reste etc.) ersetzt, sind diese Verbindungen ebenfalls Oxirane.The polyepoxide (synonymously also polyepoxide) can in this case be any polyepoxide known to the person skilled in the art. A polyepoxide, also called epoxy resin, is a polymer of several epoxide segments. These are used as adhesives or in composite materials. Epoxides or epoxides, also called oxiranes or oxacyclopropanes, according to the exchange nomenclature, are a chemical substance group of highly reactive cyclic organic compounds. They contain a three-membered ring in which a carbon atom is replaced by an oxygen atom compared to cyclopropane. The oxygen bridge is called the epoxy bridge. The simplest and most technically interesting epoxy is ethylene oxide (ethene oxide). Due to the ring strain prevailing in a triple ring, the ring can be opened relatively easily by nucleophilic attack on a carbon atom. Although the oxygen atom of the epoxide ring is the leaving group, it remains attached to a carbon atom of the epoxide and thus remains a constituent of the molecule. If one or more hydrogen atoms of the ethylene oxide are replaced by organyl radicals (alkyl radicals, aryl radicals, alkylaryl radicals, etc.), these compounds are likewise oxiranes.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einer bevorzugten Variante eine erfindungsgemäße Härterkomponente für ein Polymer, die als Härterkomponente, beispielsweise in einer Lackbeschichtung, eine selbstheilende Wirkung in vielfältigen 2K-Systemen ermöglicht. In a preferred variant, the present invention relates to a hardener component according to the invention for a polymer which, as a hardener component, for example in a paint coating, enables a self-healing effect in a variety of 2K systems.

Unter dem Begriff „Lack“ bzw. „Lackbeschichtung“ wird vom Fachmann ein flüssiger oder auch pulverförmiger Beschichtungsstoff, der auf ein Substrat, z.B. auf einen Gegenstand, aufgetragen wird und durch chemische oder physikalische Vorgänge (zum Beispiel Verdampfen eines Lösungsmittels) zu einem durchgehenden, festen Film aufgebaut wird. Lacke bestehen in der Regel aus Bindemitteln, Füllstoffen, Pigmenten, Lösemitteln, Harzen und/oder Acrylaten und Additiven, die dem einschlägigen Fachmann jeweils bekannt sind. Die Hauptaufgaben von Lacken sind insbesondere: Schutz (schützende Wirkung, z. B. Schutzanstrich, Schutzlacke); Dekoration (optische Wirkung, z. B. ein bestimmter Farbeffekt); und Funktion (besondere Oberflächeneigenschaften, z. B. veränderte elektrische Leitfähigkeit). Ein „Isolationslack“ ist hierbei ein „Lack“ bzw. „Lackbeschichtung“, wodurch gegen eine elektrische Leitfähigkeit abgeschirmt wird, also eine elektrisch isolierende Umhüllung bzw. Beschichtung, um eine elektrische Isolierung zu erzielen und/oder zu unterstützen.The term "lacquer" or "lacquer coating" is understood by the person skilled in the art to mean a liquid or powdery coating material applied to a substrate, e.g. on an object, and is built up by chemical or physical processes (for example, evaporation of a solvent) to a continuous, solid film. Paints generally consist of binders, fillers, pigments, solvents, resins and / or acrylates and additives, which are known in the art each. The main tasks of paints are in particular: protection (protective effect, eg protective coating, protective lacquers); Decoration (optical effect, eg a certain color effect); and function (special surface properties, eg altered electrical conductivity). An "insulating varnish" is in this case a "varnish" or "varnish coating", which shields against electrical conductivity, ie an electrically insulating covering or coating, in order to achieve and / or support electrical insulation.

Als Materialien für eine 2K-Formulierung bzw. ein 2K-System, umfassend mindestens eine chemisch modifizierte, vorzugsweise auf Isocyanat- und/oder Epoxidbasis, modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, wie diese oben definiert ist, die als 2K-Formulierung molekulare, mikroskopische (Mikrorisse) und makroskopische Beschädigungen heilen kann, können im Allgemeinen die dem Fachmann an sich bekannten Bestandteile - wie z.B. insbesondere Bindemittel und (an sich bekannte) Härter; Pigmente und Füllstoffe; Additive und Lösemittel - enthalten. Nachfolgend sind Beispiele für solche Bestandteile wie Bindemittel und (an sich bekannte) Härter; Pigmente und Füllstoffe; Additive und Lösemittel, die sich in einer bevorzugten Variante der Erfindung insbesondere auch für 2K-Formulierungen bzw. 2K-Systeme auf Basis von Polymeren, wie z.B. Beschichtungen, eigenen, die durch den Einsatz von UDETA (1-(2-Aminoethyl)imidazolidin-2-on) selbstheilende Eigenschaften erzeugen, angegeben. Erfindungsgemäß zusammengesetzte 2K-Formulierungen bzw. 2K-Systeme sind insbesondere aus folgenden Bestandteilen aufgebaut:As materials for a 2K formulation or a 2K system, comprising at least one chemically modified, preferably isocyanate- and / or epoxy-based, hardener component for a polymer, as defined above, which is a 2K formulation of molecular, microscopic ( Microcracks) and can heal macroscopic damage, in general, the components known to those skilled in the art - such as in particular binders and (known per se) hardener; Pigments and fillers; Additives and solvents - included. The following are examples of such ingredients as binders and (known per se) hardener; Pigments and fillers; Additives and solvents, which in a preferred variant of the invention, in particular also for 2K formulations or 2K systems based on polymers, such. Coatings, which produce self-healing properties through the use of UDETA (1- (2-aminoethyl) imidazolidin-2-one). 2K formulations or 2K systems composed according to the invention are in particular composed of the following constituents:

Bindemittel und Härter:Binders and hardeners:

Isocyanate Esterpolyole, Etherpolyole, Epoxide, Acrylate, Polyamine, Polyamide, Imide, Silane, Silanole, Silikone, Silazane, Polyharnstoffe, Melamine, Alkyde, Formaldehydkondensationsharze, saure Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylbutyral, Polyvinylaetat, Polyvinylalkohole, Polytertraflourethylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenglykole, Polypropylenglykole und weitere dem Fachmann bekannte Binder und/oder Härter.Isocyanates ester polyols, ether polyols, epoxides, acrylates, polyamines, polyamides, imides, silanes, silanols, silicones, silazanes, polyureas, melamines, alkyds, formaldehyde condensation resins, acidic polyesters, polyethylene, polypropylene, polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohols, polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, polyethylene glycols, Polypropylene glycols and other binders known to those skilled in the art and / or hardeners.

Pigmente und Füllstoffe:Pigments and fillers:

Titandioxid, Eisenoxide, Phthalocyanide, Azoverbindungen, Perylene, Ruß, Talkum, Calciumcarbonate, Bariumsulfat, Indanthrone, Chromoxide, Chromphosphate, Zinkoxide, Zinkphosphate, Magnesium, Zink, Bleioxide und weitere dem Fachmann bekannte Pigmente und Füllstoffe.Titanium dioxide, iron oxides, phthalocyanides, azo compounds, perylenes, carbon black, talc, calcium carbonates, barium sulfate, indanthrones, chromium oxides, chromium phosphates, zinc oxides, zinc phosphates, magnesium, zinc, lead oxides and other pigments and fillers known to the person skilled in the art.

Additive:additives:

Entschäumer, Entlüfter, Rheologie additive, Verdickter, UV Stabilisatoren, UV Absorber, Radikalfänger, Quencher, Katalysatoren, Weichmacher, Wärmestabilisatoren, Verlaufsadditive, Trockenstoffe, Schutzkolloide, Dispergieradditive, Netzmittel, Coaleszenzmittel und weitere dem Fachmann bekannte Additive.Defoamers, deaerators, rheology additives, thickeners, UV stabilizers, UV absorbers, free-radical scavengers, quenchers, catalysts, plasticizers, heat stabilizers, flow control additives, drying agents, protective colloids, dispersing additives, wetting agents, coalescing agents and other additives known to the person skilled in the art.

Lösemittel:Solvent:

N-Methylpyrolidon, Ethylpyrolidone, Alkohole, Ester, Ether, Kentone, Aromaten, Aldehyde, Glykole, Solventnaphtha, Methylethylkenton, Aceton, Butylacetat, Wasser, Butanol, Isopropanol, Ethanol, Methanol, Dimethylsulfoxid, Xylol, Dimethylformamid, Methyl-5-(dimethylamino)-2-methyl-5-oxopentanoat (Rhodiasolv Polarclean) und weitere dem Fachmann bekannte Lösemittel.N-methylpyrolidone, ethylpyrolidones, alcohols, esters, ethers, kentones, aromatics, aldehydes, glycols, solvent naphtha, methyl ethyl ketone, acetone, butyl acetate, water, butanol, isopropanol, ethanol, methanol, dimethyl sulfoxide, xylene, dimethylformamide, methyl 5- (dimethylamino ) -2-methyl-5-oxopentanoate (Rhodiasolv Polarclean) and other solvents known to those skilled in the art.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einer bevorzugten Variante eine erfindungsgemäß auf Basis einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I) modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, die beispielsweise eine Härterkomponente für eine Lackbeschichtung ist, einschließlich eines Isolationslacks, mit selbstheilender Wirkung auf Basis von schwach kovalent vernetzten Systemen mit einer hohen Anzahl an schwachen physikalischen Wechselwirkungen, die oberhalb der Glasübergangstemperatur des Materials dynamisch sind.The present invention relates, in a preferred variant, to a hardener component modified according to the invention based on one or more compounds of the formula (I) for a polymer which is, for example, a hardener component for a lacquer coating, including an insulating lacquer having a self-healing action based on weakly covalently crosslinked systems with a high number of weak physical interactions that are dynamic above the glass transition temperature of the material.

Bei diesem Material ist aus chemischen (kovalenten) und physikalischen Bindungen ein Netzwerk aufgebaut, das seine Topologie durch thermisch und/oder Feuchte-aktivierte Wasserstoffbrückenbindungsaustauschreaktionen verändern kann. Dieses Verhalten eröffnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung neue Möglichkeiten in der Selbstheilung von Lackbeschichtungen, die erfindungsgemäß mit einer Verbindung der Formel (I) modifiziert wurden, für Lackbeschichtungen bzw. Isolationslacke für ein elektrisches Bauteil, insbesondere für passive und aktive elektronische und elektrotechnische Baugruppen bzw. Bauteile. Bevorzugte solche Systeme sind Polyurethan-urea Elastomere mit einer hohen Anzahl an Wasserstoffbrückendonatoren und -akzeptoren. In this material, a network is built up of chemical (covalent) and physical bonds that can change its topology through thermally and / or moisture-activated hydrogen bond exchange reactions. In the context of the present invention, this behavior opens up new possibilities in the self-healing of lacquer coatings which have been modified according to the invention with a compound of the formula (I) for lacquer coatings or insulating lacquers for an electrical component, in particular for passive and active electronic and electrotechnical assemblies or components. Preferred such systems are polyurethane-urea elastomers having a high number of hydrogen-bond donors and acceptors.

Erfindungsgemäß mit einer Verbindung der Formel (I) modifizierte Lackbeschichtungen bzw. Isolationslacke für ein elektrisches Bauteil, insbesondere für passive und aktive elektronische und elektrotechnische Baugruppen bzw. Bauteile, mit selbstheilender Wirkung auf Basis von kovalenten Systemen mit schwachen Wechselwirkungen, zeichnen sich dadurch aus, dass die Lackbeschichtungen bzw. Isolationslacke in einer bevorzugten Variante Imidazolidin-Gruppen (H-Brücken), Amid-Funktionalitäten (H-Brücken), Carbonsäure-Gruppen (Umesterung), und/oder Dien-Strukturen (Diels-Alder) beinhalten, und in einer weiteren bevorzugten Variante dadurch, dass die Lackbeschichtung bzw. der Isolationslack über einen äußeren Trigger wie insbesondere Temperatur, Feuchte, Druck und/oder (z.B. UV-Strahlung) partiell erweicht und ausheilt.According to the invention with a compound of formula (I) modified lacquer coatings or insulating coatings for an electrical component, in particular for passive and active electronic and electrical assemblies or components, with self-healing effect based on covalent systems with weak interactions, characterized in that the lacquer coatings or insulating lacquers in a preferred variant imidazolidine groups (H-bridges), amide functionalities (H-bridges), carboxylic acid groups (transesterification), and / or diene structures (Diels-Alder) include, and in one Another preferred variant in that the lacquer coating or the insulating lacquer over an external trigger such as in particular temperature, humidity, pressure and / or (eg UV radiation) partially softened and heals.

Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, scheint die Verbindung der Formel (I) in damit erfindungsgemäß modifizierten Härterkomponenten bei Lackbeschichtungen bzw. Isolationslacken (z.B. für ein elektrisches Bauteil) in der Lage zu sein, entstandene Beschädigungen, insbesondere nach elektrischem Durchschlag und/oder nach mechanischen Beschädigungen, wie beispielsweise Mikrorisse, Makrorisse und Kratzer, effektiv zu heilen oder wenigstens erheblich einzuschränken, sodass in einem erheblichen Umfang eine Leistungswiederherstellung und ggf. Leistungssteigerung im Falle von Belastungen der Schutzwirkungen der modifizierten Lackbeschichtungen bzw. Isolationslacke auf einem elektrischen Bauteil erreicht wird.Without being bound to any theory, the compound of formula (I) in thus modified hardener components in paint coatings or insulating coatings (eg for an electrical component) seems to be damaged, especially after electrical breakdown and / or after mechanical damage, such as microcracks, macrocracks and scratches, effectively heal or at least significantly limited, so that to a considerable extent a restoration of performance and possibly performance increase in the case of encumbrances of the protective effects of the modified lacquer coatings or insulation coatings is achieved on an electrical component.

Für eine erfindungsgemäß auf Basis einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I), wie diese oben definiert ist, modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, für ein mit einer erfindungsgemäßen Härterkomponente modifiziertes Polymer bzw. für eine mit einer erfindungsgemäßen Härterkomponente modifizierte Lackbeschichtung einschließlich eines Isolationslacks (z.B. für ein elektrisches Bauteil) mit selbstheilender Wirkung können die selbstheilenden erfindungsgemäß modifizierten Polymere und Lackbeschichtungen einschließlich Isolationslacke mit einem begrenzten apparativen Aufwand z.B. ausgehend von den selbstheilenden Materialien charakterisiert und nachgewiesen werden. Der Nachweis der selbstheilenden Eigenschaften kann bei unterschiedlichen Luftfeuchten durch praktischen Handversuch als einfacher Test erfolgen. Alternativ und/oder anschließend bieten sich auch genauere Untersuchung mittels instrumenteller Analytik an, wie beispielsweise: IR Spektroskopie (Wasseraufnahme); DSC Analyse (Tg Veränderung nach Auslagerungsversuchen in Wasser); NMR (Strukturanalyse); TGA (Wasserverlust nach Auslagerungen); Massenspektrometrie (z.B. Maldi-ToF); XPS (Strukturanalyse); AFM (Änderung der viskoelastischen Eigenschaften auf der Oberfläche nach und vor Wasserauslagerung).For a hardener component modified according to the invention and based on one or more compounds of the formula (I) as defined above, for a polymer, for a polymer modified with a hardener component according to the invention or for a lacquer coating modified with a hardener component according to the invention including an insulating lacquer (eg for an electrical component) with a self-healing effect, the self-healing modified polymers and lacquer coatings according to the invention, including insulating lacquers, can be characterized and detected with limited equipment complexity, for example starting from the self-healing materials. Proof of the self-healing properties can be carried out at different humidities by a practical hand test as a simple test. Alternatively and / or subsequently, more precise investigations by means of instrumental analysis are also possible, such as, for example: IR spectroscopy (water absorption); DSC analysis (T g change after aging experiments in water); NMR (structure analysis); TGA (water loss after swapping); Mass spectrometry (eg Maldi-ToF); XPS (structure analysis); AFM (change in viscoelastic properties on the surface after and before water removal).

Darüber hinaus kann zum Nachweis der selbstheilenden erfindungsgemäß modifizierten Polymere und Lackbeschichtungen einschließlich Isolationslacke, das Polymer bzw. der Lack analog zum beschriebenen Vorgehen in der Versuchsdurchführung der Beispiele durch einen elektrischen Durchschlag beschädigt und anschließend die über Messung der Regeneration der Spanungsdurchschlagsfestigkeit des Materials beispielsweise nach thermischer Behandlung, oder auch anderweitiger erfindungsgemäß geeigneter Behandlung, nachgewiesen werden. Messungen der Durchschlagsfestigkeiten von selbstheilenden Lackbeschichtungen bzw. Lacken im Rahmen dieser Erfindung wurden in Anleitung an DIN EN 60243-1 und DIN EN 60243-2 durchgeführt. Der Begriff „Durchschlagsfestigkeit“ ist dem Fachmann somit geläufig und wird im Rahmen der Erfindung in dieser Bedeutung verwendet.Moreover, in order to prove the self-healing inventively modified polymers and lacquer coatings including insulating lacquers, the polymer or the lacquer can be damaged by an electrical breakdown analogously to the described procedure in the experimental procedure of the examples and then by measuring the regeneration of the chip breakdown strength of the material, for example after thermal treatment , or else otherwise suitable treatment according to the invention. Measurements of the breakdown strengths of self-healing lacquer coatings or lacquers in the context of this invention were given in the manual DIN EN 60243-1 and DIN EN 60243-2 carried out. The term "dielectric strength" is therefore familiar to the person skilled in the art and is used in this context in the context of the invention.

Die Erfindung betrifft somit in einer bevorzugten Variante auch eine erfindungsgemäß auf Basis einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I), wie diese oben definiert ist, modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, zur Verwendung in einem Schutzlack, sowie einen solchen Schutzlack selbst, der eine erfindungsgemäß auf Basis einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I), wie diese oben definiert ist, modifizierte Härterkomponente für ein Polymer umfasst. Ein Schutzlack, wie dieser vorstehend definiert ist, stellt einen Schutzlack dar, mit elektrischer Isolationswirkung für elektronische und elektrotechnische Bauteile mit selbstreparierenden Eigenschaften von molekularen, mikroskopischen (Mikrorisse) und makroskopischen Beschädigungen und/oder nach Spannungsdurchschlägen durch spannungsinduzierte Überbelastung.The invention thus also relates, in a preferred variant, to a hardener component modified for a polymer according to the invention, based on one or more compounds of the formula (I) as defined above, for use in a protective lacquer, and such a protective lacquer itself, which is one according to the invention based on one or more compounds of formula (I) as defined above, modified hardener component for a polymer. A protective varnish, as defined above, is a protective varnish, with electrical insulation effect for electronic and electrical components with self-repairing properties of molecular, microscopic (microcracks) and macroscopic damages and / or after voltage breakdowns by voltage-induced overloading.

Für diesen erfindungsgemäßen Zweck wurde in ein polymeres Netzwerk, beispielsweise auf Polyurethan- oder Epoxidbasis, eine erfindungsgemäß auf Basis einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I), wie diese oben definiert ist, modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, die mit mindestens eine reaktive funktionelle Gruppe der oben definierten Art, z.B. eine Amin- oder Isocyanat-Gruppe, in einer besonders bevorzugten Variante z.B. eine Isophorondiisocyanat-Gruppe, umfasst, kovalent integriert. Die Synthese dieser erfindungsgemäß kovalent integrierten Verbindungen der Formel (I) (Selbstheilungsmoleküle) ist bereits in den Patentschriften US 8536281 B2 und US 20130023667 A1 beschrieben. For this purpose according to the invention, in a polymeric network, for example based on polyurethane or epoxide, a hardener component modified according to the invention and based on one or more compounds of the formula (I) as defined above, for a polymer having at least one reactive functional group of the type defined above, for example an amine or isocyanate group, in a particularly preferred variant, for example an isophorone diisocyanate group, comprises covalently integrated. The synthesis of these inventively covalently integrated compounds of formula (I) (self-healing molecules) is already in the patents US 8536281 B2 and US 20130023667 Al described.

Die erfindungsgemäß, z.B. vorzugsweise kovalent, integrierten Verbindungen der Formel (I) (Selbstheilungsmoleküle) - ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen - fungieren im polymeren Netzwerk als Wasserstoff-Brücken-Donatoren und -Akzeptoren und schaffen darüber ein über Wasserstoffbrückenbindungen physikalisch wechselwirkendes supramolekulares Netzwerk im Polymemetzwerk.The invented, e.g. preferably covalent, integrated compounds of the formula (I) (self-healing molecules) - without being bound to a particular theory - function in the polymeric network as hydrogen-bond donors and acceptors and create a hydrogen-bonded physics interacting supramolecular network in the polymer network.

Nach einem Beschädigungsereignis durch z.B. einen Kratzer, Mikrorisse oder einem Spannungsdurchschlag kann die Beschädigung über einen Trigger (z.B. Temperatur, UV-Licht, Druck, Luftfeuchte), der zu einer Erhöhung der Moleküldynamik führt, geheilt werden (siehe 1). Durch die gesteigerte Moleküldynamik sind die Öffnung der physikalischen Wechselwirkungen und die Neubildung der Wasserstoffbrückenbindung an anderer Stelle begünstigt, was so zu einer Heilung der Beschädigung führt. 1a: Sternenförmige Beschädigung des selbstheilenden Lackes mit einer Trockenschichtdicke von 40 µm über eine Erichsentiefung auf einem Aluminiumblech. 1b: Selbstheilung der Beschädigung bei 120 °C nach 60 Sekunden.After a damage event such as a scratch, micro cracks or a voltage breakdown, the damage can be cured via a trigger (eg temperature, UV light, pressure, humidity), which leads to an increase in molecular dynamics (see 1 ). The increased molecular dynamics favors the opening of the physical interactions and the reformation of the hydrogen bond elsewhere, which leads to a healing of the damage. 1a Star-shaped damage of the self-healing lacquer with a dry film thickness of 40 μm over an Erichsen recess on an aluminum sheet. 1b : Self-healing of damage at 120 ° C after 60 seconds.

Ein wichtiges Kriterium - ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen - für den Selbstheilungsprozess in einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Anwesenheit von Luftfeuchte. Wassermoleküle sind in der Lage sich in der polymeren Netzwerkstruktur dispers einzulagern und die Wasserstoffbrückenbindungen der Selbstheilungsmoleküle der vorliegenden Erfindung so nachhaltig zu stören, dass die Netzwerkdichte herabgesenkt wird und die Steifigkeit des Materials abnimmt. Dieser Umstand kann auch als reversibler Weichmachereffekt beschrieben werden und führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Moleküldynamik und somit zu einer Begünstigung der Selbstheilung durch Netzwerkneubildungsprozesse. Wird dem System das Wasser aus der Luftfeuchte entzogen (thermisch oder über Unterdruck) so regenerieren sich sofort die Wasserstoffbrückenbindungen und die Steifigkeit des Materials erreicht wieder seinen Ursprungswert. Aus diesem Grund kann - ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen - von reversiblem Weichmachereffekt bei Anwesenheit einer Verbindung der Formel (I) in damit modifizierten Härterkomponenten für Polymere, sowie in den diese modifizierte Härterkomponente enthaltenden Polymeren und Lackbeschichtungen einschließlich Isolationslacken (z.B. für ein elektrisches Bauteil), gesprochen werden. Es muss hervorgehoben werden, dass dieser erfindungsgemäß erstmalig aufgefundene reversible Weichmachereffekt von Luftfeuchte auf die Selbstheilungseigenschaften eines mit einer Verbindung der Formel (I) modifizierten polymeren Materials und speziell von mit einer Verbindung der Formel (I) modifizierten Härterkomponente für Polymere bisher im Stand der Technik nicht erwähnt wurden.An important criterion - without wishing to be bound by any particular theory - for the self-healing process in a preferred variant of the invention is the presence of atmospheric moisture. Water molecules are able to disperse in the polymeric network structure and disrupt the hydrogen bonds of the self-healing molecules of the present invention so sustainably that the network density is lowered and the stiffness of the material decreases. This circumstance can also be described as a reversible plasticizer effect and also leads to an increase in the molecular dynamics and thus to a favoring of the self-healing by network remodeling processes. If the water is removed from the system (thermally or by negative pressure) the system immediately regenerates the hydrogen bonds and the rigidity of the material returns to its original value. For this reason - without wishing to be bound by any particular theory - of reversible plasticizer effect in the presence of a compound of formula (I) in modified therewith hardener components for polymers, as well as in these modified hardener component-containing polymers and lacquer coatings including insulating lacquers (eg for a electrical component), are spoken. It must be emphasized that this reversible softening effect of air humidity on the self-healing properties of a polymeric material modified with a compound of the formula (I) and especially of a hardener component for polymers modified with a compound of the formula (I) has not hitherto been known in the prior art were mentioned.

Auch muss hervorgehoben werden, dass die Affinität von selbstheilenden Lackbeschichtungen bzw. Lacken durch die Zugabe von Mikropartikeln (z.B. Mikrokapseln) und/oder Naturfasern als Additive zu Lackbeschichtungen bzw. zu Lacken unterdrückt werden könnte. Die Erfindung weist somit den großen Vorteil auf, dass - anders als bei Selbstheilung mittels Reflow-Effekt oder extrinsischer Selbstheilung - auf derartige Zugabe von Additiven von Mikropartikeln und/oder Naturfasern verzichtet werden kann.It should also be emphasized that the affinity of self-healing lacquers could be suppressed by the addition of microparticles (e.g., microcapsules) and / or natural fibers as additives to lacquers. The invention thus has the great advantage that - unlike self-healing by reflow effect or extrinsic self-healing - can be dispensed with such addition of additives of microparticles and / or natural fibers.

Bevorzugte erfindungsgemäße Anwendungsgebiete für eine erfindungsgemäß auf Basis einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I), wie diese oben definiert ist, modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, mit selbstheilenden Eigenschaften, sowie für selbstheilende Schutzbeschichtungen der Erfindung, wie diese oben in Kombination mit der erfindungsgemäß modifizierten Härterkomponente für ein Polymer definiert sind, sind passive und aktive elektronische und elektrotechnische Bauteile wie zum Beispiel Sensoren, IC's, Chips, Leiterplatten, Wiederstände, Wicklungen elektrischer Maschinen und Kondensatoren. Insbesondere aufgrund der Temperaturstabilität der Beschichtung ≤ 210 °C eignen sich die erfindungsgemäßen Lacke wie diese oben definiert sind, auch für thermisch stark beanspruchte Einsatzgebiete, z.B. Leistungselektronik.Preferred fields of application according to the invention for a novel hardener component for a polymer having self-healing properties and based on one or more compounds of the formula (I) as defined above, and for self-healing protective coatings of the invention, such as those modified above in combination with the invention modified Hardener component are defined for a polymer are passive and active electronic and electrical components such as sensors, IC's, chips, printed circuit boards, resistors, windings of electrical machines and capacitors. In particular, owing to the temperature stability of the coating ≦ 210 ° C., the paints according to the invention, as defined above, are also suitable for areas subject to high thermal stress, e.g. Power electronics.

Selbstverständlich eignen sich die mittels der erfindungsgemäßen Härter herstellbaren Beschichtungen insbesondere in der Lackanwendung für Bereiche, in denen Lacke mechanischen Belastungen ausgesetzt werden. Natürlich können diese mechanischen Belastungen z.B. solche sein, bei denen der Lack eine Schutzwirkung für das lackierte Bauteil hat (z.B. bei Autoteilen) oder aber auch in Bereichen, wo der Lack aufgrund von mechanischer Belastung im Betrieb eines Gerätes (quasi Belastung von „innen“) seine Schutzfunktion ausübt. Hinzukommt noch, dass die Selbstheilung auch negative optische Eindrücke beseitigen kann, was natürlich in vielen Fällen sehr willkommen ist.Of course, the coatings which can be prepared by means of the hardener according to the invention are particularly suitable in the paint application for areas in which paints are exposed to mechanical stresses. Of course, these mechanical loads can be, for example, those in which the paint has a protective effect for the painted component (eg in auto parts) or even in areas where the paint due to mechanical stress during operation of a device (quasi load of "inside") its protective function exercises. In addition, self-healing can also eliminate negative visual impressions, which is of course very welcome in many cases.

Ähnlich sieht die Situation bei Klebstoffen aus: Sofern die Klebfuge einer mechanische Belastung ausgesetzt ist und dabei z.B. Risse im Polymer entstehen, ist es äußerst wünschenswert für die Funktion des Klebstoffs, dass diese Beschädigungen wieder geschlossen werden.The situation with adhesives is similar: if the bond joint is subjected to a mechanical load and thereby, e.g. Cracks in the polymer arise, it is highly desirable for the function of the adhesive that these damages are closed again.

Die vorstehend genannten erfindungsgemäßen Anwendungsgebiete sind unter anderem für diese Erfindung von Bedeutung für Verfahren, Halbzeuge und Produkte insbesondere auf den Gebieten, umfassend: Consumer Electronics wie z.B. Fernseher, Computer, Kameras, Mobiltelefone; Weiße Ware; Elektrische Maschinen; und Steuerungselektronik; E-Antriebe (z.B. Spulen und Blechpakete) und Leistungselektronik (z.B. in Bahn und Automobil); und Generatoren (z.B. Windenergie).The abovementioned fields of application according to the invention are of importance, inter alia, for this invention, for processes, semi-finished products and products, in particular in the fields comprising: consumer electronics such as e.g. Televisions, computers, cameras, mobile phones; White goods; Electrical machines; and control electronics; Electric drives (e.g., coils and laminations) and power electronics (e.g., in railway and automotive); and generators (e.g., wind energy).

In einer Variante betrifft die Erfindung daher auch die Verwendung einer erfindungsgemäß auf Basis einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I), wie diese oben definiert ist, modifizierten Härterkomponente für ein Polymer, mit selbstheilenden Eigenschaften, wie diese oben definiert ist, als Härterkomponente in einer Lackbeschichtung einschließlich in einem Isolationslack (z.B. für ein elektrisches Bauteil), welche z.B. in einem elektrischen Bauteil als selbstheilende Beschichtung für eine Selbstheilung nach elektrischem Durchschlag dienen.In a variant, the invention therefore also relates to the use of a hardener component for a polymer modified according to the invention based on one or more compounds of the formula (I) as defined above, having self-healing properties, as defined above, as hardening component in one Lackbeschichtung including in an insulating varnish (eg for an electrical component), which eg serve in a electrical component as a self-healing coating for self-healing after electrical breakdown.

Nachfolgend werden weitere bevorzugte Varianten der vorliegenden Erfindung dargestellt.Hereinafter, further preferred variants of the present invention are shown.

Die Erfindung betrifft auch ein Zwei-Komponentensystem für ein selbstheilendes Polymer, umfassend eine erfindungsgemäße Härterkomponente, wie diese oben definiert ist, oder eine erfindungsgemäße Vielzahl von Härterkomponenten, wie diese oben definiert ist, und eine mit der erfindungsgemäßen Härterkomponente oder der erfindungsgemäßen Vielzahl der Härterkomponenten reaktive Bindekomponente.The invention also relates to a two-component system for a self-healing polymer, comprising a hardener component according to the invention, as defined above, or a plurality of hardener components according to the invention, as defined above, and one reactive with the hardener component according to the invention or the plurality of hardener components according to the invention binding component.

In einer bevorzugten Variante betrifft die Erfindung ein vorstehend genanntes erfindungsgemäßes Zwei-Komponentensystem für ein selbstheilendes Polymer, wobei die Bindekomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus jeweils aromatischen oder aliphatischen Polyolen, Polyamiden, Polyimiden, Polythiolen, Polyepoxiden, Polyaspartaten und Polyacrylaten.In a preferred variant, the invention relates to an abovementioned two-component system according to the invention for a self-healing polymer, where the binder component is selected from the group consisting of respectively aromatic or aliphatic polyols, polyamides, polyimides, polythiols, polyepoxides, polyaspartates and polyacrylates.

Die Begriffe „aromatisch“ oder „aliphatisch“, „Polyol“, „Polyamid“, „Polyimid“, „Polythiol“, „Polyepoxid“, „Polyaspartat“ (Polyasparaginsäureester, Polyaspartics, kurz oft auch Asparaginester genannt) und „Polyacrylat“, sowie auch „Isocyanat“ und „Epoxid“, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeweils in der dem Fachmann allgemein bekannten Bedeutung verwendet.The terms "aromatic" or "aliphatic", "polyol", "polyamide", "polyimide", "polythiol", "polyepoxide", "polyaspartate" (polyaspartic acid ester, polyaspartics, in short often also called asparagine esters) and "polyacrylate", and also "isocyanate" and "epoxide" are used in the context of the present invention in each case in the well-known to the skilled person.

In einer weiteren bevorzugten Variante betrifft die Erfindung eines der vorstehend genannten erfindungsgemäßen Zwei-Komponentensysteme für ein Polymer, wobei die Bindekomponente ein Polyether oder ein Polyester ist, bevorzugt mit 2 bis 16 Hydroxygruppen.In a further preferred variant, the invention relates to one of the abovementioned two-component systems according to the invention for a polymer, where the binder component is a polyether or a polyester, preferably having 2 to 16 hydroxyl groups.

In einer Variante betrifft die Erfindung daher auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Härterkomponente, wie diese oben definiert ist, oder die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vielzahl von Härterkomponenten, wie diese oben definiert ist, zur Verbesserung der Selbstheilungskraft eines Polymeres.In a variant, therefore, the invention also relates to the use of a hardener component according to the invention, as defined above, or the use of a variety of hardener components according to the invention, as defined above, for improving the self-healing power of a polymer.

Grundsätzlich gilt, dass die erfindungsgemäßen Varianten im Sinne der Erfindung weiter bevorzugt miteinander kombiniert werden können, und die technischen Effekte der Erfindung in besonderem Maße zu erzielen.In principle, the variants according to the invention can be more preferably combined with one another in the sense of the invention, and the technical effects of the invention can be achieved to a particular extent.

Erfindungsgemäße Anwendungsgebiete für eine erfindungsgemäße Härterkomponente, wie diese oben definiert ist, einer erfindungsgemäßen Vielzahl von Härterkomponenten, wie diese oben definiert ist, oder eines erfindungsgemäßen Zwei-Komponentensystems für ein selbstheilendes Polymer, wie dieses oben definiert ist, umfassen daher auch selbstheilende Schutzbeschichtungen umfassend zumindest eine dieser erfindungsgemäßen Härterkomponente, eine der erfindungsgemäßen Vielzahl von Härterkomponenten und/oder eines der erfindungsgemäßen Zwei-Komponentensysteme für ein selbstheilendes Polymer.Areas of application according to the invention for a hardener component according to the invention, as defined above, a plurality of hardener components according to the invention as defined above or a two-component system according to the invention for a self-healing polymer, as defined above, therefore also comprise self-healing protective coatings comprising at least one this hardener component according to the invention, one of the plurality of hardener components according to the invention and / or one of the two-component systems according to the invention for a self-healing polymer.

Die Anwendungsgebiete der Erfindung sind unter anderem von Bedeutung für Verfahren, Halbzeuge und Produkte insbesondere auf den Gebieten, umfassend: selbstheilende Schutzbeschichtungen, insbesondere solche Beschichtungen und Materialien im Bereich der Automobil-, Windkraft-, Luftfahrt- und Möbelindustrie sowie im Hinblick auf den Korrosionsschutz bei Maschinen- und Anlagenteilen, Rohren und Leitungen. Darüber hinaus sind selbstheilende Beschichtungen bzw. Schutzbeschichtungen der Erfindung für Consumer Electronics, weiße Ware, Bodenbeschichtungen und Brillengläser nützlich.The fields of application of the invention are, inter alia, of importance for processes, semi-finished products and products in particular in the fields comprising: self-healing protective coatings, in particular such coatings and materials in the automotive, wind power, aerospace and furniture industries as well as with regard to corrosion protection Machine and system parts, pipes and lines. In addition, self-healing coatings or protective coatings of the invention are useful for consumer electronics, white goods, floor coatings, and ophthalmic lenses.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Härterkomponente, wie diese oben definiert ist, umfassend die Schritte:

  1. a) Bereitstellen einer Verbindung der Formel (I),
  2. b) Bereitstellen eines Polyisocyanates oder eines Polyepoxydes, bevorzugt gemäß der Formel (II) und
  3. c) Reagierenlassen der in Schritt a) und b) bereitgestellten Verbindungen miteinander.
Finally, the invention also relates to a method for producing a hardener component as defined above, comprising the steps:
  1. a) providing a compound of the formula (I)
  2. b) providing a polyisocyanate or a Polyepoxydes, preferably according to the formula (II) and
  3. c) reacting the compounds provided in step a) and b) with each other.

In einer bevorzugten Variante betrifft die Erfindung zudem ein Verfahren zur Selbstheilung eines Polymers nach Oberflächenverletzung, umfassend die Schritte:

  1. a) Bereitstellen eines Polymers, hergestellt unter Verwendung einer Härterkomponente, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, oder einer Vielzahl von Härterkomponenten wie in einem der Ansprüche 6 oder 7 definiert oder eines Zwei-Komponentensystems nach einem der Ansprüche 8 bis 10, das eine Oberflächenverletzung erlitten hat und
  2. b) Aussetzten des Polymeres wenigstens im Bereich der Oberflächenverletzung mit einem Stimulus ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wärme, Feuchtigkeit, Druck und Strahlung, so dass die Selbstheilungskraft Polymers aktiviert wird.
In a preferred variant, the invention additionally relates to a method for self-healing of a polymer after surface injury, comprising the steps:
  1. a) providing a polymer prepared using a hardener component as defined in any one of claims 1 to 5 or a plurality of hardener components as defined in any one of claims 6 or 7 or a two-component system according to any one of claims 8 to 10 has suffered a surface injury and
  2. b) exposing the polymer at least in the area of surface injury with a stimulus selected from the group consisting of heat, moisture, pressure and radiation so that the self-healing polymer is activated.

Nachfolgend sollen die Erfindung und deren Vorteile gegenüber dem Stand der Technik am Beispiel der Bestimmung von Durchschlagsfestigkeiten und der angegebenen Figuren weiter erläutert werden.Below, the invention and its advantages over the prior art using the example of the determination of breakdown strengths and the specified figures will be further explained.

BeispieleExamples

Die Erfindung beschreibt eine chemisch modifizierte Härterkomponente, vorzugsweise auf Isocyanat- und/oder Epoxidbasis, die als 2K-Formulierung molekulare, mikroskopische (Mikrorisse) und makroskopische Beschädigungen heilen kann.The invention describes a chemically modified hardener component, preferably based on isocyanate and / or epoxy, which as a 2K formulation can cure molecular, microscopic (microcracks) and macroscopic damage.

Beispiel 1example 1

Ausgehend vom Polvurethanansatz:Starting from the polyurethane approach:

Für diesen Zweck wurde ein trimeres Isocyanat, vorzugsweise auf Biuretbasis, mit einem Molekül mit einer der nachfolgenden allgemeinen Formel (I) und/oder der Formel (III) (UDETA = 1-(2-Aminoethyl)imidazolidin-2-on) kovalent verbunden:

Figure DE102017125179A1_0004
For this purpose, a trimeric isocyanate, preferably biuret-based, has been covalently linked to a molecule having one of the following general formula (I) and / or formula (III) (UDETA = 1- (2-aminoethyl) imidazolidin-2-one) :
Figure DE102017125179A1_0004

Das Molekül hat ein variables X, welches Sauerstoff, NH oder Schwefel enthalten kann (vorzugsweise Sauerstoff) und variable Reste R1 und R2, die miteinander cycloaliphatisch oder aromatisch eingebunden sein können oder lineare Kohlenwasserstoffketten (ungebunden) darstellen können (vorzugsweise cycloaliphatisch eingebundenen Ethylenkette). Der Rest R3 enthält mindestens eine reaktive Gruppe mit dazwischenliegender Kohlenwasserstoffkette von n=0-8, vorzugsweise n=2 (z.B. OH, NH2, NH, CONH, COOH, NCO, Thioisocyanat, Aldehyd, Urethan, Urea, Doppelbindung, Dreifachbindung, Imin, Sulfo- Sulfino- Sulfenogruppe, Mercapto, Oxim, Imino, Hydrazino, Halogen-KW, Nitrosylgruppe, (vorzugsweise primäres Ethylenamin)).The molecule has a variable X which may contain oxygen, NH or sulfur (preferably oxygen) and R1 and R2 variable moieties which may be cycloaliphatically or aromatically linked together or may be linear hydrocarbon chains (unbound) (preferably cycloaliphatic-incorporated ethylene chain). The radical R3 contains at least one reactive group with intervening hydrocarbon chain of n = 0-8, preferably n = 2 (eg OH, NH 2 , NH, CONH, COOH, NCO, thioisocyanate, aldehyde, urethane, urea, double bond, triple bond, imine , Sulfo-sulfino-sulfeno group, mercapto, oxime, imino, hydrazino, halogeno-CW, nitrosyl group, (preferably primary ethyleneamine)).

Die Wiederholeinheiten können n=1-3 betragen, wobei im Falle von n=3 ein Sechsring bevorzugt wird.The repeating units can be n = 1-3, wherein in the case of n = 3 a six-membered ring is preferred.

Die Synthese des Selbstheilungsmoleküls UDETA (Formel (III)) ist bereits in den Patenten: US8536281 B2 und US20130023667 A1 beschrieben. Auch die Selbstheilungseigenschaft dieser Molekülklasse in vorzugsweise einem supramolekularen Netzwerk auf Basis von di- und trimeren Fettsäuren ist bereits beschrieben: WO 2006/087475 . The synthesis of the self-healing molecule UDETA (formula (III)) is already in the patents: US8536281 B2 and US20130023667 A1 described. Also, the self-healing property of this class of molecules in preferably a supramolecular network based on di- and trimeric fatty acids has already been described: WO 2006/087475 ,

Dieses Molekül und Varianten davon fungieren im polymeren Netzwerk als Wasserstoffbrückendonatoren und -akzeptoren und schaffen darüber ein über Wasserstoffbrückenbindungen physikalisch wechselwirkendes supramolekulares Netzwerk im Polymernetzwerk.This molecule and its variants function as hydrogen-bond donors and acceptors in the polymeric network, creating a physically-interacting supramolecular network in the polymer network through hydrogen bonds.

Als Materialien für die 2K-Formulierung, umfassend die erfindungsgemäß modifizierte Härterkomponente für ein Polymer, wie diese in der Beschreibung definiert ist und die als 2K-Formulierung molekulare, mikroskopische (Mikrorisse) und makroskopische Beschädigungen heilen kann, können die in der Beschreibung angegebenen, dem Fachmann an sich bekannten Bestandteile - wie z.B. insbesondere Bindemittel und (an sich bekannte) Härter; Pigmente und Füllstoffe; Additive und Lösemittel - eingesetzt werden.As materials for the 2K formulation, comprising the inventively modified hardener component for a polymer, as defined in the description and which can cure molecular, microscopic (microcracks) and macroscopic damage as a 2K formulation, those described in the description, the Professional per se known components - such as in particular binders and (known per se) hardener; Pigments and fillers; Additives and solvents - are used.

Beispiel 2Example 2

Beschichtungsformulierungencoating formulations

Im ersten Syntheseschritt wurde zunächst das UDETA1BIURET der Formel (IV) hergestellt (siehe ). Dafür wurde das Biuret (Desmodur N3200) in Aceton gelöst und auf 0 °C in einem Eisbad heruntergekühlt. Anschließend wurde das in Aceton gelöste UDETA (Formel (III)) vorsichtig dazu getropft. Die Reaktionsmischung wurde anschließend weitere 20 min über einen Magnetrührer gerührt und auf Raumtemperatur erwärmt.

Figure DE102017125179A1_0005
In the first step of the synthesis, the UDETA 1 BIURET of the formula (IV) was first prepared (see ). The biuret (Desmodur N3200) was dissolved in acetone and cooled to 0 ° C in an ice bath. Subsequently, the UDETA (formula (III)) dissolved in acetone was carefully dropped thereto. The reaction mixture was then stirred for a further 20 minutes over a magnetic stirrer and warmed to room temperature.
Figure DE102017125179A1_0005

Im nächsten Reaktionsschritt folgte die Zugabe des TMP-basierten Polyols (lösemittelfrei). Die Formulierung wurde zum Schluss per Hand mindestens 30 sec lang homogenisiert. Rezepturen der selbstheilenden Polymere auf Basis der vorstehend hergestellten erfindungsgemäßen Härterkomponente und von Vergleichspolymeren sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Rezepturen der selbstheilenden Polymere. NH/NCO-Verhältnis / % Trimethylolpropan ethoxylat / g (Sigma Aldrich) UDETA / g (Reverlink UDETA1IPDI, ARKEMA) Desmodur N3200 / g (Covestro) Aceton / g (Sigma Aldrich) 0 5,70 0 19,30 25 9 5,06 1,2 18,75 25 20 4,30 2,61 19,09 25 33 3,44 4,20 17,36 25 The next reaction step was followed by the addition of the TMP-based polyol (solvent-free). The formulation was finally homogenized by hand for at least 30 sec. Formulations of the self-healing polymers based on the above-prepared hardener component according to the invention and comparative polymers are shown in Table 1. Table 1: Formulations of self-healing polymers. NH / NCO ratio /% Trimethylolpropane ethoxylate / g (Sigma Aldrich) UDETA / g (re-link UDETA1IPDI, ARKEMA) Desmodur N3200 / g (Covestro) Acetone / g (Sigma Aldrich) 0 5.70 0 19.30 25 9 5.06 1.2 18.75 25 20 4.30 2.61 19.09 25 33 3.44 4.20 17,36 25

Es wurden folgende Proben mit und ohne UDETA1Biuret (UDETA) hergestellt: (1) STD (ohne UDETA1 Biuret); (STD = Standard, Kontrolle) (2) NH/NCO-Verhältnis 9 %; (3) NH/NCO-Verhältnis 20 % (4) NH/NCO-Verhältnis 33 % The following samples were prepared with and without UDETA1Biuret (UDETA): (1) STD (without UDETA1 biuret); (STD = standard, control) (2) NH / NCO ratio 9%; (3) NH / NCO ratio 20% (4) NH / NCO ratio 33%

Die Formulierungen haben einen nicht flüchtigen Anteil (nfA) von 50 % . The formulations have a non-volatile content (nfA) of 50%.

Die Reaktionsgemische der Proben (1) bis (4) wurden mit einer Nassschichtdicke von 200 µm auf Aluminium-Q-Panels gerakelt, sodann 5 min abgelüftet und anschließend 24 h bei 80 °C im Ofen ausgehärtet.The reaction mixtures of samples (1) to (4) were knife-coated onto aluminum Q panels with a wet layer thickness of 200 μm, then flashed off for 5 minutes and then cured in the oven at 80 ° C. for 24 hours.

Beispiel 3Example 3

Validierung der SelbstheilungseigenschaftenValidation of self-healing properties

Beispiel 3aExample 3a

Selbstheilung nach einem BeschädigungsereignisSelf-healing after a damage event

Nach einem Beschädigungsereignis durch z.B. einen Kratzer, Mikrorisse oder einem Spannungsdurchschlag kann die Beschädigung über einen Trigger (z.B. Temperatur, UV-Licht, Druck, Luftfeuchte), der zu einer Erhöhung der Moleküldynamik führt, geheilt werden (siehe 1). Durch die gesteigerte Moleküldynamik sind die Öffnung der physikalischen Wechselwirkungen und die Neubildung der Wasserstoffbrückenbindung an anderer Stelle begünstigt, was so zu einer Heilung der Beschädigung führt. 1a: Sternenförmige Beschädigung des selbstheilenden Lackes mit einer Trockenschichtdicke von 40 µm über eine Erichsentiefung auf einem Aluminiumblech. 1b: Selbstheilung der Beschädigung bei 120 °C nach 60 Sekunden.After a damage event such as a scratch, micro cracks or a voltage breakdown, the damage can be cured via a trigger (eg temperature, UV light, pressure, humidity), which leads to an increase in molecular dynamics (see 1 ). The increased molecular dynamics favors the opening of the physical interactions and the reformation of the hydrogen bond elsewhere, which leads to a healing of the damage. 1a Star-shaped damage of the self-healing lacquer with a dry film thickness of 40 μm over an Erichsen recess on an aluminum sheet. 1b : Self-healing of damage at 120 ° C after 60 seconds.

Beispiel 3bExample 3b

Prüfung mit Abrasion-Tester auf SelbstheilungseigenschaftenTesting with abrasion tester for self-healing properties

Hergestellte Polymerformulierungen mit einem polyetherbasierten Polyol sind in 2 abgebildet, die eine Gegenüberstellung der ausgehärteten Lackfilme (200 µm nass auf Alu-Q-Panels) wiedergibt. Es wurden verschiedene Modifizierungsgrade, gemessen an dem Verhältnis des Amins zum Isocyanatumsatz getestet (STD (0%), 9 %, 20 %, 33 %). Nach zweitätiger Auslagerung im Normklimalabor (23 °C, 60 % RH) wurden die Proben mit einem Abrasion-Tester auf ihre Selbstheilungseigenschaften geprüft.Prepared polymer formulations with a polyether-based polyol are in 2 A comparison of the hardened paint films (200 μm wet on Alu-Q panels) is shown. Various degrees of modification measured by the ratio of amine to isocyanic conversion were tested (STD (0%), 9%, 20%, 33%). After two days of aging in the standard climate laboratory (23 ° C, 60% RH), the samples were tested for their self-healing properties using an abrasion tester.

Beispiel 4Example 4

Glanzmessungen zum Vergleich von ProbenGloss measurements for comparison of samples

Es wurden Glanzmessungen mit Lacken vor einer Beschädigung, nach einer Beschädigung und nach einer Auslagerung im Normklimalabor durchgeführt. Die Glanzmessungen wurden nach DIN EN ISO 2813 in 20° und 60° Reflexion durchgeführt.Gloss measurements were carried out with paints before damage, after damage and after removal from storage in the standard climate laboratory. The gloss measurements were after DIN EN ISO 2813 performed in 20 ° and 60 ° reflection.

Mit einem Abrasion Tester wurden die Proben mit einem Scotch-Brite, 1 kg Gewicht, einer Geschwindigkeit von 60 Zyklen/min mit 30 Doppelhüben beschädigt. Der STD mit nicht-modifiziertem Härter wirkte kratzempfindlicher im Vergleich zu den anderen Proben. Diesen optischen Eindruck bestätigen auch die Glanzmessungen der Proben in 3. Die Glanzgrade der unbeschädigten Proben (blau) zeigen untereinander verglichen keinen signifikanten Unterschied. Bei den frisch beschädigten Proben (rot) ist ein zunehmender Glanzgrad mit höherem NH/NCO-Verhältnis messbar. Nach dreitägiger Auslagerung im Normklimalabor erreichten die Proben mit einem NH/NCO-Verhältnis von 20 und 33 % wieder ihren Ausgangsglanzwert.Using an Abrasion Tester, samples were damaged with 30 scraps of Scotch Brite weighing 1 kg at a rate of 60 cycles / min. The unmodified hardener STD was more scratch sensitive compared to the other samples. This optical impression is also confirmed by the gloss measurements of the samples in 3 , The gloss levels of the undamaged samples (blue) show no significant difference between each other. For the freshly damaged samples (red) an increasing degree of gloss with a higher NH / NCO ratio can be measured. After three days of storage in the standard climate laboratory, the samples returned to their original gloss value with an NH / NCO ratio of 20 and 33%.

Diese Messergebnisse lassen sich phänomenologisch, wie in 4 gezeigt, bestätigen, die Gegenüberstellungen der beschädigten Proben nach Auslagerung im Normklimalabor wiedergibt. Dabei sind bei dem STD (1) und bei der 9 % Probe (2) noch Beschädigungen zu erkennen. Bei den anderen beiden Proben (3) und (4) (20 % und 33 %) sind keine Kratzer mehr erkennbar.These measurement results can be phenomenologically, as in 4 shown, confirming the comparisons of the damaged samples after removal from storage in the standard climate laboratory. Damage can still be seen in the STD (1) and in the 9% sample (2). The other two samples (3) and (4) (20% and 33%) no longer show any scratches.

Beispiel 5Example 5

Ofentest an Proben und GlanzmessungenOven test on samples and gloss measurements

Im Anschluss an die Glanzmessungen des Beispiels 3 wurden die Proben für 24 h in den Ofen gelegt. Es zeigte sich, dass nach der Wärmezufuhr alle Proben ihren Ausgangsglanzwert erreichen können, wie in 3 (24h, 120 °C) dargestellt.Following the gloss measurements of Example 3, the samples were placed in the oven for 24 hours. It was found that after heat input, all samples can reach their initial gloss level, as in 3 (24h, 120 ° C) shown.

Beispiel 6 Example 6

Selbstheilungseigenschaften von 2K-PUR-LackenSelf-healing properties of 2-component PU coatings

In diesem Versuch wurden das Isocyanat Desmodur N3200 von Covestro, 2-aminoethylimidazolidone (UDETA) von Arkema SA (trade name: Reverlink U) und Trimethylolpropanetoxylat (Sigma Aldrich) Mn = 170 g/mol (drei OH-Gruppen) zur Formulierung von 2K-PUR-Lacken verwendet. Als Lösungsmittel wurde Aceton von Omnilab (Reinheit: 99.5 % / Wasser: 0.3 %) verwendet.In this experiment, the isocyanate Desmodur N3200 from Covestro, 2-aminoethyl-imidazolidones (UDETA) from Arkema SA (trade name: Reverlink U) and trimethylolpropane-ethoxylate (Sigma Aldrich) Mn = 170 g / mol (three OH groups) were used to formulate 2K- PUR paints used. As a solvent, acetone of omnilab (purity: 99.5% / water: 0.3%) was used.

Es folgten anschließend Tests zur Prüfung der Selbstheilungseigenschaften der Beschichtung über einen Abrasion Tester.Subsequent tests followed to test the self-healing properties of the coating over an Abrasion Tester.

Die Bestandteile des Lackes (Bindemittel, Härter) lassen sich dabei folgendermaßen variieren:The components of the paint (binder, hardener) can be varied as follows:

Formel (I) und UDETA (Formel (III)):Formula (I) and UDETA (Formula (III)):

Bei der Synthese des Lacks wurde der Härter, vorzugsweise ein trimeres Isocyanat auf Biuretbasis, mit einem Molekül aus der Formel (I) und/oder der Formel (III), wie diese in Beispiel 1 angegeben sind, kovalent verbunden. Das Molekül hat ein variables X, welches Sauerstoff, NH oder Schwefel enthalten kann (vorzugsweise Sauerstoff) und variable Reste R1 und R2, die lineare Kohlenwasserstoffketten (ungebunden) darstellen können oder cycloaliphatisch oder aromatisch miteinander verbunden sein können (vorzugsweise cycloaliphatisch eingebundenen Ethylenkette). Der Rest R3 enthält mindestens eine reaktive Gruppe mit dazwischenliegender Kohlenwasserstoffkette von n=0-8, vorzugsweise n=2 (z.B. OH, NH2, NH, CONH, COOH, NCO, Thioisocyanat, Aldehyd, Urethan, Urea, Doppelbindung, Dreifachbindung, Imin, Sulfo- Sulfino- Sulfenogruppe, Mercapto, Oxim, Imino, Hydrazino, Halogen-KW, Nitrosylgruppe, (vorzugsweise primäres Ethylenamin)).In the synthesis of the paint, the curing agent, preferably a biuret-based trimeric isocyanate, was covalently bonded to a molecule of formula (I) and / or formula (III) as set forth in Example 1. The molecule has a variable X which may contain oxygen, NH or sulfur (preferably oxygen) and R1 and R2 variable radicals which may be linear hydrocarbon chains (unbound) or may be cycloaliphatically or aromatically linked together (preferably cycloaliphatic-incorporated ethylene chain). The radical R 3 contains at least one reactive group with intervening hydrocarbon chain of n = 0-8, preferably n = 2 (eg OH, NH 2, NH, CONH, COOH, NCO, thioisocyanate, aldehyde, urethane, urea, double bond, triple bond, imine, Sulfo-sulfino-sulfeno, mercapto, oxime, imino, hydrazino, halo-HC, nitrosyl, (preferably primary ethyleneamine)).

Die Wiederholeinheiten können n=1-3 betragen, wobei im Falle von n=3 ein Sechsring bevorzugt wird.The repeating units can be n = 1-3, wherein in the case of n = 3 a six-membered ring is preferred.

Zur Synthese des Selbstheilungsmoleküls UDETA (Formel (III)) siehe oben Beispiel 1.For the synthesis of the self-healing molecule UDETA (formula (III)) see above Example 1.

Härter:Harder:

Der selbstheilende Härter wird über eine oder zwei funktionellen Gruppen mit dem Selbstheilungsmolekül kovalent verbunden. Die funktionellen Gruppen können dabei NCO- oder Epoxy-Gruppen sein, vorzugsweise NCO-Gruppen. Der selbstheilende Härter enthält dann 1-3 NCO-oder Epoxy-Gruppen, vorzugsweise zwei.The self-healing hardener is covalently linked to the self-healing molecule via one or two functional groups. The functional groups may be NCO or epoxy groups, preferably NCO groups. The self-healing hardener then contains 1-3 NCO or epoxy groups, preferably two.

Allgemeine Formel (II)General formula (II)

R1 und R5 können entweder ungebunden oder cycloaliphatisch über eine Carbonylgruppe (C=O) verbunden sein, vorzugsweise ungebunden insbesondere R1 und R5=H.R1 and R5 can be bonded either unbound or cycloaliphatically via a carbonyl group (C =O), preferably unbound especially R1 and R5 = H.

R2, R3 und R4 können aliphatische (CH2)n-Ketten darstellen mit n=1-5 oder 6 oder Wiederholeinheiten von linearen Kohlenwasserstoffketten mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen (Überbrückt durch z.B. Urethan- oder Harnstoffgruppen).und enthalten jeweils eine endständige NCO-Gruppen. R2, R3 und R4 können auch jeweils 1-(Isocyanatomethyl)-1,3,3,5-tetramethyl-cycohexane-Reste (Trimerisat des IPDIs oder Biuret + 3×IPDI), Isocyanatobenzylreste, Isocyanatomethylbenzylreste oder aliphatische Oxirane (siehe z.B. Formel (V)) enthalten.

Figure DE102017125179A1_0006
R 2, R 3 and R 4 may be aliphatic (CH 2) n chains with n = 1-5 or 6 or repeat units of linear hydrocarbon chains of 5 or 6 carbon atoms (bridged by, for example, urethane or urea groups). And each contain one terminal NCO group , R 2, R 3 and R 4 can also each be 1- (isocyanatomethyl) -1,3,3,5-tetramethylcyclohexane radicals (trimer of IPDI or biuret + 3 × IPDI), isocyanatobenzyl radicals, isocyanatomethylbenzyl radicals or aliphatic oxiranes (see, for example, formula ( V)).
Figure DE102017125179A1_0006

Isocyanatobenzylreste können aber auch über eine Kohlenwasserstoffkette mit n=0-6 verbunden sein (z.B. polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI); siehe nachfolgende Formel (VI)). Polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI), siehe nachfolgende Formel (VI), auch Technisches MDI genannt, ist ein Stoffgemisch aus Methylendiphenylisocyanaten und homologen aromatischen Polyisocyanaten, mit einer allgemeine Struktur von PMDI mit n = 0, 1, 2, ... 6, wobei verschiedene Konstitutionsisomere bezüglich der Isocyanat-Gruppen vorliegen. Die Bezeichnung „Polymeres Diphenylmethandiisocyanat“ bezeichnet somit nicht ein Polymer, sondern ein Stoffgemisch aus Verbindungen mit mehreren (typischerweise bis 6) Phenylengruppen, die je eine Isocyanat-Gruppe tragen. Eine häufige Handelsbezeichnung ist auch Polymethylenpolyphenylisocyanat.

Figure DE102017125179A1_0007
However, isocyanatobenzyl radicals can also be linked via a hydrocarbon chain with n = 0-6 (for example polymeric diphenylmethane diisocyanate (PMDI), see the following formula (VI)). polymer Diphenylmethane diisocyanate (PMDI), see the following formula (VI), also called technical MDI, is a mixture of methylene diphenyl isocyanates and homologous aromatic polyisocyanates, with a general structure of PMDI with n = 0, 1, 2, ... 6, wherein different constitution isomers with respect to the isocyanate groups. The term "polymeric diphenylmethane diisocyanate" thus does not designate a polymer, but a mixture of compounds with several (typically up to 6) phenylene groups, each carrying an isocyanate group. A common trade name is also polymethylene polyphenyl isocyanate.
Figure DE102017125179A1_0007

Die Herstellung eines hyperverzweigten Polyisocynats kann der EP 1631609 B1 entnommen werden.The preparation of a hyperbranched polyisocyanate can the EP 1631609 B1 be removed.

Bindemittel:Binder:

Das Bindemittel kann aus aromatischen oder aliphatischen Diolen und Polyolen, bestehen wie z.B. Polyether oder Polyester, bevorzugt Polyether mit 3-100 OH-Gruppen, vorzugsweise 3, und einer mittleren molekularen Masse von 134-5000 g/mol, vorzugsweise 170 g/mol. Weiter können Polyamide und Polyimide sowie Polythiole, Polyepoxide oder Polyacrylate verwendet werden.The binder may consist of aromatic or aliphatic diols and polyols, e.g. Polyether or polyester, preferably polyether having 3-100 OH groups, preferably 3, and an average molecular mass of 134-5000 g / mol, preferably 170 g / mol. Further, polyamides and polyimides as well as polythiols, polyepoxides or polyacrylates can be used.

Lösungsmittel:Solvent:

Als Lösungsmittel können im Rahmen der Erfindung allgemein Lösungsmittel mit einer Polarität im Bereich von 0,56 ± 0,20 verwendet werden. In bevorzugten Varianten der Erfindung stehen dabei allgemein folgende Lösemittel im Fokus: Ester, Ketone, Aromaten, Benzine, Aliphatengemische. Beispiele für Lösungsmittel und deren Polaritäten sind in der Tabelle 2 angegeben. Als Lösungsmittel wurde in diesem Versuch Aceton verwendet.As solvents, solvents having a polarity in the range of 0.56 ± 0.20 can generally be used in the invention. Preferred variants of the invention generally focus on the following solvents: esters, ketones, aromatics, gasolines, aliphatic mixtures. Examples of solvents and their polarities are given in Table 2. The solvent used in this experiment was acetone.

Nach der elutropen Reihe lassen sich alternative bzw. Ersatzlösemittel finden (siehe auch Tabelle 2). Tabelle 2: Lösungsmittel und deren Polaritäten Substanz Polarität Substanz Polarität Fluoralkan -,25 Nitropropan 0.53 n-Hexan 0,00 Aceton 0,56 Petrol ether 0,01 Dioxan 0,56 Cyclohexan 0,04 Ethylacetat 0,58 Xylol 0,26 Methylacetat 0,60 Isopropylether 0,28 Amylalkohol 0,61 Isopropylchlorid 0,29 Anilin 0,62 Toluol 0,29 DMSO 0,62 Chlorbenzol 0,30 Diethylamin 0,63 Benzol 0,32 Nitromethan 0,64 Ethylbromid 0,37 Acetonitril 0,65 Diethylether 0,38 Pyridin 0,71 Ethylsulfid 0,38 Isopropanol/n-Propanol 0,82 Chloroform 0,40 Ethanol 0,88 Dichlormethan 0,42 Methanol 0,95 Methyllsobutylketon 0,43 Ethylenglycol 1,11 Tetrahydrofuran 0,45 Ethylendichlorid 0,49 Butanon 0,51 After the elutropene series alternative or substitute solvents can be found (see also Table 2). Table 2: Solvents and their polarities substance polarity substance polarity fluoroalkane -, 25 nitropropane 12:53 n-hexane 0.00 acetone 0.56 Petrol ether 0.01 dioxane 0.56 cyclohexane 0.04 ethyl acetate 0.58 xylene 0.26 methyl acetate 0.60 isopropyl 0.28 amyl alcohol 0.61 isopropyl 0.29 aniline 0.62 toluene 0.29 DMSO 0.62 chlorobenzene 0.30 diethylamine 0.63 benzene 0.32 nitromethane 0.64 ethyl bromide 0.37 acetonitrile 0.65 diethyl ether 0.38 pyridine 0.71 ethyl sulfide 0.38 Isopropanol / n-propanol 0.82 chloroform 0.40 ethanol 0.88 dichloromethane 0.42 methanol 0.95 Methyllsobutylketon 0.43 ethylene glycol 1.11 tetrahydrofuran 0.45 ethylene dichloride 0.49 butanone 0.51

Versuchsdurchführung:Experimental procedure:

Für den Versuch wurde zunächst das UDETA1BIURET hergestellt. Dafür wurde der Härter Desmodur N3200 in Aceton gelöst und auf 0 °C in einem Eisbad heruntergekühlt. Anschließend wurde das in Aceton gelöste UDETA langsam über einen Tropftrichter dazu getropft. Die Temperatur soll dabei nicht über 5 °C ansteigen. Die Reaktionsmischung wurde anschließend weitere 20 min über einen Magnetrührer gerührt und auf Raumtemperatur erwärmt.For the experiment, the UDETA 1 BIURET was first produced. The hardener Desmodur N3200 was dissolved in acetone and cooled to 0 ° C in an ice bath. Subsequently, the dissolved in acetone UDETA was slowly added dropwise via a dropping funnel. The temperature should not rise above 5 ° C. The reaction mixture was then stirred for a further 20 minutes over a magnetic stirrer and warmed to room temperature.

Im nächsten Schritt folgte die Zugabe des Polyols (lösemittelfrei). Der Lack wurde per Hand mindestens 30 sec lang homogenisiert. Tabelle 3: Rezepturen selbstheilender Polymere des vorliegenden Versuchs. NH/NCO-Verhältnis / % Trimethylolpropan ethoxylat / g (Sigma Aldrich) UDETA / g (Reverlink UDETA1IPDI, ARKEMA) Desmodur N3200 / g (Covestro) Aceton / g (Sigma Aldrich) 0 5,70 0 19,30 25 9 5,06 1,2 18,75 25 20 4,30 2,61 19,09 25 33 3,44 4,20 17,36 25 The next step was the addition of the polyol (solvent-free). The varnish was homogenized by hand for at least 30 sec. Table 3: Formulations of self-healing polymers of the present experiment. NH / NCO ratio /% Trimethylolpropane ethoxylate / g (Sigma Aldrich) UDETA / g (re-link UDETA1IPDI, ARKEMA) Desmodur N3200 / g (Covestro) Acetone / g (Sigma Aldrich) 0 5.70 0 19.30 25 9 5.06 1.2 18.75 25 20 4.30 2.61 19.09 25 33 3.44 4.20 17,36 25

Es wurden folgende Proben (5) bis (8) hergestellt:

  • (5) NCO/NH-Verhältnis 0 (STD), nfA 50 %
  • (6) NCO/NH-Verhältnis 9, nfA 50 %
  • (7) NCO/NH-Verhältnis 20, nfA 50 %
  • (8) NCO/NH-Verhältnis 33, nfA 35 %
The following samples (5) to (8) were prepared:
  • (5) NCO / NH ratio 0 (STD), nfA 50%
  • (6) NCO / NH ratio 9, nfA 50%
  • (7) NCO / NH ratio 20, nfA 50%
  • (8) NCO / NH ratio 33, nfA 35%

Die Probe (5) mit einem NCO/NH-Verhältnis von 0 enthält kein UDETA und wird fortan als Standard bezeichnet.The sample (5) with an NCO / NH ratio of 0 contains no UDETA and is henceforth referred to as standard.

Die Lacke wurden auf Q-Panels gerakelt mit Nassschichtdicken von 200 µm, 5 min abgelüftet und anschließend 24 h bei 80 °C im Ofen ausgehärtet.The varnishes were knife-coated on Q-panels with wet layer thicknesses of 200 μm, flashed off for 5 min and then cured in the oven for 24 h at 80 ° C.

Die Glanzmessungen wurden nach DIN EN ISO 2813 in 20° und 60° Reflexion durchgeführt.The gloss measurements were after DIN EN ISO 2813 performed in 20 ° and 60 ° reflection.

Ergebnisse der Versuche und Diskussion:Results of the experiments and discussion:

Die hergestellten Nasslacke sind in 4 zu sehen, die eine Gegenüberstellung der Nasslackformulierungen (NCO/NH = 0-33) wiedergibt. Die Lacke mit NCO/NH-Verhältnissen von 9 und 33 weisen eine leichte Trübung auf, die bei der ausgehärteten Probe in 5, die eine Gegenüberstellung der ausgehärteten Lackfilme (200 µm nass auf Alu-Q-Panels) wiedergibt , nicht mehr zu sehen ist. Bei dem höchsten NCO/NH-Verhältnis von 33 musste LM zugegeben werden um das Löslichkeitsprodukt nicht zu überschreiten (nfA 35 statt 50 %).The wet coatings produced are in 4 to see a comparison of the wet paint formulations (NCO / NH = 0-33) reproduces. The paints with NCO / NH ratios of 9 and 33 have a slight haze, which in the cured sample in 5 , which shows a comparison of the cured paint films (200 microns wet on Alu-Q panels), is no longer visible. At the highest NCO / NH ratio of 33, LM had to be added in order not to exceed the solubility product (nfA 35 instead of 50%).

Nach zweitätiger Lagerung im Normklimalabor wurde der Lack geprüft. Mit einem Abrasion Tester wurden die Beschichtungen mit 1 kg Gewicht, einer Geschwindigkeit von 60 Zyklen/min und 30 DH beschädigt. Bei der visuellen Gegenüberstellung der Beschädigung der Proben waren die Kratzer beim STD am deutlichsten ausgeprägt.After two days of storage in the standard climate laboratory, the paint was tested. With an Abrasion Tester, the coatings were damaged with 1 kg weight, a speed of 60 cycles / min and 30 DHH. In the visual comparison of sample damage, the scratches were most pronounced in the STD.

Die Ergebnisse der 20° und 60° Glanzmessungen der Proben sind in 7, die Glanzmessungen der Lacke vor der Beschädigung, nach der Beschädigung und nach Auslagerung im Normklimalabor wiedergibt, als „beschädigt“ aufgetragen. Die Glanzgrade der unbeschädigten Proben (blau) zeigen mit zunehmendem NCO/NH Verhältnis eine leichte Erhöhung der Glanzgrade von 109 zu 117 bei 20° bzw. 135 zu 146 bei 60°. Nach vorab beschriebener Beschädigung mittels eines Abrasion Testers sinken die Glanzwerte auf 51-96 bzw. 96-133. Die Glanzabnahme ist tendenziell mit höherem NCO/NH-Verhältnis geringer. Das bedeutet, dass der STD im Vergleich zu den SH-Proben kratzempfindlicher ist. Nach drei Tagen Auslagerung im Normklimalabor erreichten die Proben mit NCO/NH-Verhältnissen von 20 und 33 wieder ihre Ausgangsglanzwerte von 115 (20°) und 149 und 146 (60°) (grün). Die Proben mit NCO/NH-Verhältnissen von 0 und 9 konnten eine Regeneration von 51 auf 66 und 83 auf 98 (20°) bzw. 95 auf 111 und120 auf 135 (60°) erreichen. The results of the 20 ° and 60 ° gloss measurements of the samples are in 7 , which shows gloss measurements of paints before damage, after damage and after removal from storage in the standard climatic laboratory, as "damaged" applied. The gloss levels of the undamaged samples (blue) show a slight increase in gloss levels from 109 to 117 at 20 ° and 135 to 146 at 60 °, respectively, with increasing NCO / NH ratio. After previously described damage by means of an abrasion tester, the gloss values drop to 51-96 or 96-133. The gloss decrease tends to be lower with higher NCO / NH ratio. This means that the STD is more scratch sensitive compared to the SH samples. After three days of outsourcing in the standard climate lab, the samples with NCO / NH ratios of 20 and 33 returned to their initial gloss levels of 115 (20 °) and 149 and 146 (60 °) (green). The samples with NCO / NH ratios of 0 and 9 were able to achieve regeneration from 51 to 66 and 83 to 98 (20 °) and 95 to 111 and 120 to 135 (60 °), respectively.

Die Messergebnisse lassen sich phänomenologisch in 8, die Gegenüberstellungen der beschädigten Proben nach Auslagerung im Normklimalabor wiedergibt, bestätigen. Dabei sind bei dem STD und bei der 9 % Probe noch Beschädigungen zu erkennen. Bei den anderen beiden Proben (20 und 33) sind keine Kratzer mehr erkennbar.The measurement results can be phenomenologically in 8th confirming comparisons of the damaged samples after removal from storage in the standard climate laboratory. Damage can still be seen in the STD and in the 9% sample. The other two samples (20 and 33) show no scratches.

Diese Messungen wurden periodisch wiederholt mit insgesamt je zwei Beschädigungs- und Ausheilungszyklen bei 23°C und 60 % RH; siehe 9, die Mehrfachbeschädigungs- und Ausheilungszyklen der selbstheilenden Lacke wiedergibt. Es zeigte sich, dass insbesondere die Proben mit einem hohen NCO/NH-Verhältnis von 20 und 33 zwei Beschädigungszyklen gut überstehen können. Jedoch ist der Trend ersichtlich, dass der Glanz mit zunehmender Beschädigungshäufigkeit abnimmt. Die unbeschädigte Probe mit einem NCO/NH Verhältnis von 9 zeigt den gleichen Ausgangsglanzwert, wie 20 und 33 von 110 und kann diesen nach einer Beschädigung nicht mehr erreichen. Der STD ist nicht in der Lage den Ausgangsglanzwert von 100 zu regenerieren.These measurements were repeated periodically for a total of two cycles of damage and annealing at 23 ° C and 60% RH; please refer 9 , which reproduces the multiple damage and healing cycles of self-healing paints. It was found that in particular the samples with a high NCO / NH ratio of 20 and 33 can withstand two damage cycles well. However, there is a trend that the gloss decreases with increasing damage frequency. The undamaged sample with an NCO / NH ratio of 9 shows the same initial gloss value as 20 and 33 of 110 and can no longer reach this after damage. The STD is unable to regenerate the initial gloss value of 100.

Fazit zu den Ergebnissen der Versuche:Conclusion on the results of the experiments:

Nach Auslagerung im Normklimalabor zeigen die Proben mit Selbstheilungsreagenz im Vergleich zum STD eine gesteigerte Resistenz gegenüber Kratzern. Bei Lagerung im Normklimalabor heilten die selbstheilenden Lacke gemessen am Glanzwert und optisch mit NCO/NH-Verhältnissen von 20 und 33 vollständig.After storage in the standard climate laboratory, the samples with self-healing reagent show an increased resistance to scratches compared to STD. When stored in a standard climate laboratory, the self-healing paints were completely cured by the gloss value and visually with NCO / NH ratios of 20 and 33.

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Claims (13)

Härterkomponente für ein Polymer, hergestellt oder herstellbar durch Reaktion (a) einer Verbindung oder mehrerer Verbindungen der Formel (I),
Figure DE102017125179A1_0008
wobei X unabhängig von den gegebenenfalls anderen X jeweils eine S, O oder NH-Gruppe bedeutet, und (i) R1 und R2 unabhängig voneinander jeweils eine lineare gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen bedeuten oder R1 und R2 gemeinsam einen cycloheteroaliphatischen oder heterocyclischen Ring mit 5 bis 6 Atomen bilden, wobei R2 unabhängig auch H bedeuten kann, und R3 wie nachfolgend unter (ii) definiert ist, oder (ii) R2 wie vorstehend unter (ii) definiert ist, und R1 und R3 unabhängig voneinander jeweils eine lineare gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen oder eine lineare gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen, die einen cycloheteroaliphatischen oder heterocyclischen Ring mit 5 bis 6 Atomen umfasst, darstellt, und wobei R1 und/oder R3 unabhängig voneinander jeweils wenigstens ein funktionalisierendes Element umfassen oder damit modifiziertsind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Doppelbindung, Dreifachbindung, OH-, NH2-, NH-, CONH-, COOH-, NCO-, Thioisocyanat-, Aldehyd-, Urethan-, Urea-, Imin-, Sulfo-, Sulfino-, Sulfeno-, Mercapto-, Oxim-, Imino-, Hydrazino-, Halogen- und Nitrosylgruppe; und n = 1, 2 oder 3 ist; und (b) einem Polyisocyanat oder einem Polyepoxyd.
Hardening component for a polymer, prepared or preparable by reaction of (a) one or more compounds of the formula (I),
Figure DE102017125179A1_0008
wherein X independently of the optionally other X each represents an S, O or NH group, and (i) R1 and R2 independently of one another denote a linear saturated or unsaturated hydrocarbon chain having 1 to 12 carbon atoms or R1 and R2 together form a cycloheteroaliphatic or heterocyclic ring having 5 to 6 atoms, wherein R2 may independently also be H, and R3 is as defined below under (ii), or (ii) R2 is as defined under (ii) above, and R1 and R3 are each independently a linear saturated or unsaturated hydrocarbon chain having 1 to 12 C atoms or a linear saturated or unsaturated hydrocarbon chain having 1 to 12 C atoms, which comprises a cycloheteroaliphatic or heterocyclic ring having 5 to 6 atoms, and wherein R1 and / or R3 each independently comprise or are modified with at least one functionalizing element selected from the group consisting of consisting of double bond, triple bond, OH, NH 2 , NH, CONH, COOH, NCO, thioisocyanate, aldehyde, urethane, urea, imine, sulfo, sulfino, sulfeno, mercapto , Oxime, imino, hydrazino, halogen and nitrosyl group; and n = 1, 2 or 3; and (b) a polyisocyanate or a polyepoxide.
Härterkomponente nach Anspruch 1, umfassend 1, 2 oder 3 Isocyanat- und/oder Epoxygruppen.Hardener component after Claim 1 comprising 1, 2 or 3 isocyanate and / or epoxy groups. Härterkomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polyisocyanat oder das Polyepoxyd eine Verbindung der Formel (II) ist,
Figure DE102017125179A1_0009
wobei R1 und R5 unabhängig voneinander H oder ein gesättigter Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen sind oder gemeinsam eine zu einem heterocycloaliphatischen Ring verbrückende Carbonylgruppe darstellen, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander einen gesättigten, linearen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen, einen gegebenenfalls mit 1 bis 6 Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 2 C-Atomen substituierten Cycloalkylrest oder einen mit 1 bis 2 Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 2 C-Atomen substituierten Benzylrest darstellen, wobei der Cycloalkylrest oder der Benzylrest jeweils mit einer linearen gesättigten Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 8 C-Atomen mit dem jeweiligen N verbunden sein kann und jeder Rest R2, R3 und R4 über eine bevorzugt endständige Epoxyd- oder Isocyanatgruppe verfügt.
Hardener component after Claim 1 or 2 in which the polyisocyanate or the polyepoxide is a compound of the formula (II)
Figure DE102017125179A1_0009
wherein R1 and R5 independently of one another are H or a saturated hydrocarbon radical having 1 to 8 C atoms or together represent a heterocycloaliphatic ring-bridging carbonyl group, R 2, R 3 and R 4 each independently represent a saturated, linear or branched hydrocarbon radical having 1 to 8 C atoms, a cycloalkyl radical optionally substituted by 1 to 6 hydrocarbon radicals having 1 to 2 C atoms or one having 1 to 2 hydrocarbon radicals having 1 to 2 C atoms represent substituted benzyl radical, wherein the cycloalkyl radical or the benzyl radical may each be connected to a linear saturated hydrocarbon chain having 1 to 8 carbon atoms with the respective N and each radical R2, R3 and R4 has a terminal epoxide or isocyanate preferably terminal ,
Härterkomponente nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Formel (I) n=1 ist.Hardener component according to one of the preceding claims, wherein in formula (I) n = 1. Härterkomponente nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Formel (I) R1 und R2 gemeinsam einen Ring mit fünf Atomen bilden, wobei R1 und R2 über eine Etylengruppe miteinander verbunden sind.Hardener component according to one of the preceding claims, wherein in formula (I) R1 and R2 together form a ring having five atoms, wherein R1 and R2 are linked together via an etylene group. Vielzahl von Härterkomponenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxyden und Polyisocyanaten, wobei die Härterkomponenten mit Verbindungen der Formel (I) wie in einem der Ansprüche 1, 4 oder 5 definiert so zur Reaktion gebracht wurden, dass durchschnittlich wenigstens 1, bevorzugt wenigstens 1,5, weiter bevorzugt wenigstens 2 Epoxy- oder Isocyanatgruppen pro Härterkomponente verbleiben.A variety of hardener components selected from the group consisting of polyepoxides and polyisocyanates, wherein the hardener components with compounds of formula (I) as in one of Claims 1 . 4 or 5 have been reacted so that on average at least 1, preferably at least 1.5, more preferably at least 2 epoxy or isocyanate groups remain per hardener component. Vielzahl von Härterkomponenten nach Anspruch 6, wobei die Härterkomponenten, vor der Reaktion mit der Verbindung der Formel (I) eine Verbindung der Formel (II) waren.Variety of hardener components after Claim 6 wherein the hardener components prior to reaction with the compound of formula (I) were a compound of formula (II). Zwei-Komponentensystem für ein selbstheilendes Polymer, umfassend eine Härterkomponente, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, oder eine Vielzahl von Härterkomponenten wie in einem der Ansprüche 6 oder 7 definiert und eine mit der Härterkomponente oder der Vielzahl der Härterkomponenten reaktive Bindekomponente.A two-component system for a self-healing polymer comprising a hardener component as in one of Claims 1 to 5 defined, or a variety of hardener components as in one of Claims 6 or 7 defined and a reactive with the hardener component or the plurality of hardener components binding component. Zwei-Komponentensystem für ein selbstheilendes Polymer nach Anspruch 8, wobei die Bindekomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus jeweils aromatischen oder aliphatischen Polyolen, Polyamiden, Polyimiden, Polythiolen, Polyepoxiden, Polyaspartaten und Polyacrylaten.Two-component system for a self-healing polymer after Claim 8 wherein the binding component is selected from the group consisting of in each case aromatic or aliphatic polyols, polyamides, polyimides, polythiols, polyepoxides, polyaspartates and polyacrylates. Zwei-Komponentensystem für ein Polymer nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Bindekomponente ein Polyether oder ein Polyester ist, bevorzugt mit 2 bis 16 Hydroxygruppen.Two-component system for a polymer after Claim 8 or 9 wherein the binding component is a polyether or a polyester, preferably having 2 to 16 hydroxy groups. Verwendung einer Härterkomponente, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, oder einer Vielzahl von Härterkomponenten wie in einem der Ansprüche 6 oder 7 definiert zur Verbesserung der Selbstheilungskraft eines Polymeres.Use of a hardener component, as in one of Claims 1 to 5 defined, or a variety of hardener components as in one of Claims 6 or 7 defined for improving the self-healing power of a polymer. Verfahren zur Herstellung einer Härterkomponente wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Verbindung der Formel (I), b) Bereitstellen eines Polyisocyanates oder eines Polyepoxydes, bevorzugt gemäß der Formel (II) und c) Reagierenlassen der in Schritt a) und b) bereitgestellten Verbindungen miteinander.Process for the preparation of a hardener component as in one of Claims 1 to 5 a) comprising the steps of: a) providing a compound of the formula (I), b) providing a polyisocyanate or a polyepoxide, preferably according to the formula (II) and c) reacting the compounds provided in step a) and b) with one another. Verfahren zur Selbstheilung eines Polymers nach Oberflächenverletzung, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Polymers, hergestellt unter Verwendung einer Härterkomponente, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, oder einer Vielzahl von Härterkomponenten wie in einem der Ansprüche 6 oder 7 definiert oder eines Zwei-Komponentensystems nach einem der Ansprüche 8 bis 10, das eine Oberflächenverletzung erlitten hat und b) Aussetzten des Polymeres wenigstens im Bereich der Oberflächenverletzung mit einem Stimulus ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wärme, Feuchtigkeit, Druck und Strahlung, so dass die Selbstheilungskraft Polymers aktiviert wird.A method of self healing a polymer after surface damage comprising the steps of: a) providing a polymer prepared using a hardener component as in any of Claims 1 to 5 defined, or a variety of hardener components as in one of Claims 6 or 7 defined or a two-component system according to one of Claims 8 to 10 b) exposing the polymer at least in the area of surface injury with a stimulus selected from the group consisting of heat, moisture, pressure and radiation so that the self-healing polymer is activated.
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