CZ20002852A3 - Vodný potahový prostředek, způsob jeho výroby a jeho použití v lacích - Google Patents

Abstract

Řešení se týká celulosovou látku obsahující lakové emulse, vytvořené z 5 až 50 % hmotnostních celulosové látky, 5 až 50 % hmotnostních jedné nebo více lakařské pryskyřice, obsahující hydroxylové skupiny, 0,1 až 10 % hmotnostních polyisokyanátů s více nežjednou volnou isokyanátovou skupinou, 0,5 až 30 % hmotnostních změkčovadla, 0,0 až 20 % hmotnostních emulgátoru, 0,0 až 45 % hmotnostních alespoň jednoho organického rozpouštědla a 10 až 65 % hmotnostních vody, přičemž suma a) až g) činí vždy 100 % hmotnostních, přičemž že hmotnostní poměr hydroxylových skupin z lakařské pryskyřice kNCO-skupinám činí 1 : 0,01 až 1,0. Dále se týká způsobu výroby těchto látek ajejich použití v lacích.

Description

Vodný potahový prostředek, způsob jeho výroby a jeho použití v lacích

Oblast tecniky

Vynález se týká lakové emulse, obsahující celulosovou látku, způsobu její výroby a jejího použití v lacích.

Dosavadní stav techniky

Nitrocelulosové kombinované laky, vyrobené rozpuštěním nitrocelulosy (NC), alkydové pryskyřice, změkčovadla a evedntuelně obvyklých lakařských aditiv v organických rozpouštědlech jsou známé. Tyto laky se mohou použít pro lakování povrchů, například dřeva, kovů, papíru, kůže, plastů a podobně. Nevýhodný je vysoký obsah rozpouštědel 60 až 80 % .

V EP 0 076 443 je popsána výroba mimo jiné emulsí NC-alkydová pryskyřice, ve kterých je rozpouštědlo zcela nebo částečně nahrazeno vodou. Když se nalakují povrchy například ze dřeva pomocí této vodné emulse a zjišťuje se chemická oddolnost podle DIN 68 861, část 1, 1B, zjistí se, že oddolnost vůči vodě, ethylalkoholu a acetonu není dostatečná.

Chemicky zesíťuj ící vodné dvoukomponentní polyurethanové potahové prostředky s volnými polyisokyanáty jako tužidly pro pojivá jsou popsané v EP 0 358 979 . Podle toho zprostředkují emulgování polyhydroxyakrylátů jako pojivové • · · · komponenty určité polyisokyanáty s volnými isokyanátovými skupinami, které se označují také jako lakařské polyisokyanáty. Takto vzniklý vodný dvoukomponentní systém vytvrzuje na zesítěné filmy. Lakařské polyisokyanáty jsou oligomerní deriváty dobře přístupných monomerních nebo jednoduchých diisokyanátů, obsahujících biuretové, urethanové, uretdionové a/nebo isokyanátové skupiny, obzvláště hexamethylendiisokyanát (HDI) , isoforondiisokyanát (IPDI) a/nebo bis(isokyanátocyklohexyl)methan (HMDI). Lakařské polyisokyanáty, používané podle EP 0 358 979 , mají viskositu při teplotě 23 °C až 1000 mPa.s a mají střední NCO-funkcionalitu 2,2 až 5 .

V DE-A 4 226 243 je popsán vodný dvoukomponentní potahový prostředek na basi polyisokyanátů a samoemulgujících mastnými kyselinami modifikovaných polyesterů a polyurethanů. Také EP-A 0 496 205 popisuje vodné kombinace pojiv na basi polyisokyanátů a samozesífujících polyesterových pryskyřic, obsahujících urethanové, karboxylové a hydroxylové skupiny. V DE 3 122 030 jsou popsané potahové prostředky z polyisokyanátů a vodou ředitelných alkydových, melaminových a akrylových pryskyřic, které ještě obsahují s vodou mísitelné rozpouštědlo.

Nevýhodou těchto výše popsaných vodou ředitelných dvoukomponentních pojivových prostředků je nízký dosažitelný obsah pevné látky, krátká doba zpracovatelnosti a dlouhé doby sušení/vytvrzení. Dále jsou opalování na dřevu, počáteční tvrdost a brousitelnost neuspokojivé.

Úkolem předloženého vynálezu tedy je zlepšení oddolnosti vodných NC-lakových emulsí tak, aby se pomocí těchto jednokomponentních systémů dosáhlo dobrých oddolností podle • β ·1 • ·

I « · 4 » · · <

» · · I » · · 1

DIN 68 861, část 1, 1Β .

Podstata vynálezu

Předmětem předloženého vynálezu jsou vodné emulse, získatelné částečnou nebo úplnou reakcí polyisokyanátů s lakařskými pryskyřicemi, obsahujícími hydroxylové skupiny, ke kterým se před, během nebo po NCO-OH-reakci přidá celulosová látka, aby se za přídavku změkčovadel, emulgátorů, rozpouštědel a vody získaly vodné jednokomponentní lakové emulse.

Lakové emulse obsahují reakční produkty následujících výchozích látek :

a) 5 až 50 % hmotnostních celulosové látky,

b) 5 až 50 % hmotnostních jedné nebo více lakařské pryskyřice, obsahující hydroxylové skupiny,

c) 0,1 až 10 % hmotnostních polyisokyanátů s více než jednou volnou isokyanátovou skupinou,

d) 0,5 až 30 % hmotnostních změkčovadla,

e) 0,0 až 20 % hmotnostních emulgátoru,

f) 0,0 až 45 % hmotnostních alespoň jednoho organického rozpouštědla a

g) 10 až 65 % hmotnostních vody, • · 9 9 9 9 9 9 9 · · 9 9 • · 9 9 9 9 · Μ * *

9 · · 9 · 9 9 · <t · 9 99 999 99 · • 9 · 9 9 9 9 999 _ ···· ·· ··· ·* ·· ·» přičemž suma a) až g) činí vždy 100% hmotnostních, přičemž hmotnostní poměr celulosová látka : lakařská pryskyřice, obsahující hydroxylové skupiny, činí 1 : 5 až 5 : 1 a poměr ekvivalentů hydroxylových skupin (z lakařské pryskyři ce) k NCO-skupinám činí 1 : 0,01 až 1,0 .

Jako celulosové látk jsou vhodné výhodně estery celulosy, obzvláště nitrocelulosa všech stupňů viskosity nebo plastifikovaná nitrocelulosa nebo jejich směsi. Zcela obzvláště výhodná je nitrocelulosa, například obvyklé kvality kolodiové vlny, to znamená estery celulosy s kyseli nou dusičnou s obsahem dusíku 10,7 až 12,6 % hmotnostních.

Další použitelné selulosové látky jsou acetobutyrát celulosy a acetopropionát celulosy různých stupňů viskosity a substituce.

Jako lakařské pryskyřice se mohou použít obvyklé lakařské pryskyřice, pokud tyto obsahují s isokyanátem reaktivní skupiny, jako například -OH , -COOH , -NH₂ a -C0NH₂ . Obvyklé lakařské pryskyřice jsou například alkydové pryskyřice, pryskyřice na basi kyseliny maleinové, fenolové pryskyřice, formaldehydové pryskyřice, xylen-formaldehydové pryskyřice, ketonové pryskyřice, sulfonamidové pryskyřice, aldehydové pryskyřice, aminové pryskyřice, epoxidové pryskyřice, pryskyřice na basi esterů kyseliny karbamidové, kumaron-indenové pryskyřice, pryskyřice na basi esterů sacharosy, vinylové pryskyřice, akrylátové pryskyřice a pryskyřice na basi jejich kopolymerů.

Je výhodné, když lakařské pryskyřice, obsahující hydroxylové skupiny, mají hydroxylové číslo v rozmezí 20 až 200 mg KOH/g .

« ·

Jako změkčovadla se mohou použít obvyklá změkčovadla, jako jsou například estery alifatických monokarboxylových kyselin, výhodně se 2 až 18 uhlíkovými atomy, jako je cetylacetát, glykoldiacetát, stearáty a ricinolacetáty; dikarboxylových kyselin, jako je například dioktyladipát, dimethylcyklohexylmethyladipát a dibutylsebakát; aromatických dikarboxylových kyselin, jako je například dibutylftalát, dioktylftalát a dicyklohexylftalát; alifatických trikaboxylových kyselin, výhodně s 8 uhlíkovými atomy; aromatických dikarboxylových kyselin a jednomocných alkoholů se 2 až 6 uhlíkovými atomy a trojmocnými alkoholy se 3 uhlíkovými atomy nebo estery aromatických kyselin, jako je například tributylfosfát a trifenylfosfát; estery kyseliny citrónové s alkoholy s 1 až 5 uhlíkovými atomy, které mohou být dodatečně zreagovány s monokarboxylovými kyselinami s 1 až 4 uhlíkovými atomy; jakož i sulfonamidy, oleje, jako je ricinový olej a lněný olej a produkty alkoxylace uvedených sloučenin, jako jsou například ethoxylované ricinové oleje a sojové oleje, stearáty a estery kyseliny fosforečné.

Jako emulgátory se mohou použít popřípadě anionické emulgátory, například alkylarylsulfonáty, jako je dodecylbenzensulfonát nebo butylnaftalensulfonát, alkylsulfáty, jako je laurylalkoholsulfát nebo stearylalkoholsulfát, estery kyseliny sulfojantarové, jako je dioktylnatriumsukcinát, nebo neionogenní emulgátory, jako je oktylfenolhexylát nebo nonylfenolhexylát.

Jako anionické smulgátory je možno dále uvést dvojsodné soli derivátů kyseliny sulfojantarové ethoxylovaných nonylfenolů.

• · · ·

Jako rozpouštědla jsou použitelná obvyklá organická rozpouštědla, pokud jsou v nich celulosová látka a lakařská pryskyřice rozpustné.

U polyisokyanátů se jedná o libovolné organické polyisokyanáty s alifaticky, cykloalifaticky, aralifaticky a/nebo aromaticky vázanými volnými isokyanátovými skupinami, které jsou při teplotě místnosti kapalné. Obzvláště výhodně se u polyisokyanátů jedná o polyisokyanáty nebo směsi polyisokyanátů s výhradně alifaticky a/nebo cykloalifaticky vázanými isokyanátovými skupinami se (střední) NCO-funkcionalitou v rozmezí 1,8 až 5,0 .

Pokud je třeba, mohou se polyisokyanáty používat s nepatrným množstvím inertního rozpouštědla, aby se viskosita snížila do uvedeného rozmezí.

Vhodné jsou například lakařské polyisokyanáty na basi hexamethylendiisokyanátu nebo l-isokyanáto-3,3,5-trimethyl-5-isokyanátomethyl-cyklohexanu (IPDI) a/nebo bis(isokyanátocyklohexyl)-methanu, obzvláště takové, které jsou výhradně na basi hexamethylendiisokyanátu. Pod pojmem lakařské polyisokyanáty na basi těchto diisokyanátů se rozumí o sobě známé deriváty těchto diisokyanátů, obsahující biuretové, urethanové, uretdionové a/nebo isokyanátové skupiny.

U podle předloženého vynálezu rovněž vhodných, avšak méně výhodných aromatických polyisokyanátů, se jedná obzvláště o lakařské polyisokyanáty na basi 2,4-diisokyanátotoluenu nebo jeho technických směsí se 2,6-diisokyanátotoluenem nebo na basi 4,4-diisokyanátodifenylmethanu, popřípadě jeho směsí se svými isomery a/nebo vyššími homology.

Takovéto aromatické lakařské polyisokyanáty jsou například urethanové skupiny obsahující isokyanáty, jaké se získají reakcí přebytečného množství 2,4-diisokyanátotoluenu s vícemocnými alkoholy, jako je trimethylolpropan. Další aromatické lakařské polyisokyanáty jsou například trimerisáty příkladně uváděných monomerních diisokyanátů, to znamená odpovídaj ící isokyanáto-isokyanuráty.

V zásadě možné je samozřejmě také použití nemodifikovaných polyisokyanátů výše uváděných druhů.

Polyisokyanátové komponenty mohou také sestávat z libovolných směsí příkladně uváděných polyisokyanátů.

Vhodné jsou také hydrofobisované polyisokyanáty výše uváděných základních produktů, které se dají lehce emulgovat ve vodě.

Výroba emulse celulosová látka-lakařská pryskyřice se provádí podle EP-0 076 443 .

Reakce například alkydové pryskyřice, obsahující hydroxylové skupiny, rozpuštěné například v butylacetátu, s polyisokyanátem, se provádí při teplotě až maximálně 80 °C výhodně až 60 °C , přičemž poměr OH : NCO musí být nastaven tak, aby pryskyřice ještě negelovala a byla ještě dobře filmotvorná. NCO-skupiny nemusí úplně zreagovat s hydroxylovými skupinami lakařské pryskyřice.

K takto modifikované alkydové pryskyřici se přidá selulosová látka, změkčovadla, popřípadě emulgátory a popřípadě rozpouštědla a směs se tak dlouho míchá, dokud již nejsou patrná žádná vlákna celulosové látky. Při tom pře-

chází hmota do vysoce viskosního stavu. Přídavkem vody vznikne emulse olej ve vodě (jednokomponentní systém). Je také možné přidat k této emulsi další hydrofobní polyisokyanáty, aby se potom získal dvoukomponentí systém.

Dalším předmětem předloženého vynálezu je použití potahových prostředků podle předloženého vynálezu v lacích pro pro zpracování povrchu dřeva, kovů, plastů, papíru, dřeva nebo kůže.

Vždy podle oblasti použití (například lakování dřeva, kovů, plastů, papíru, kůže, skla a folií), se mohou do emulse přidávat ještě další známá organická rozpouštědla, přičemž koncentrace rozpouštědel, vztažená na konečný lakový přípravek, by neměla překročit 30 % .

Viskosita se může pro požadovanou aplikaci nastavit buď vodou nebo přídavkem ve vodě rozpustných zahušfovadel na basi například polyurethanů, celulosy, guaru, škrobu a podobně .

Dále se mohou přidávat o sobě známé látky zlepšující brousitelnost, prostředky pro zlepšení rozlivu, stanilizátory, látky pro ochranu proti působení světla, barviva, pigmenty a obvyklá lakařská aditiva.

Vodné emulse potahových prostředků, vyrobené podle předloženého vynálezu, mají velmi dobrý rozliv, vysoký lesk a dobrou oddolnost vůči vodě, ethylalkoholu a acetonu podle DIN 68 861 část 1, 1B .

• ·· · • ·

Příklady provedení vynálezu

Do dvoulitrové míchané nádoby se k alkydové pryskyřici, obsahující hydroxylové skupiny, přidá za míchání (100 otáček za minutu) Při teplotě 20 °C polyisokyanát. Po řídávku dibutylcíndilaurátu se směs zahřeje na teplotu 60 °C a míchá se další 2 hodiny. Po přídavku emulgátorů dibutylftalátu a methoxypropylacetátu se přidá nitrocelulosa normtypu E 24 (obsah dusíku = 12,1 % hmotnostních), zvlhčená 35 % hmotnostními vody a směs se homogenisuje po dobu jedné hodiny při teplotě 60 °C a při 50 otáčkách za minutu. Potom se přidá voda a při tom se rychlost míchadla zvýší na 900 otáček za minutu a současně se směs ochladí na teplotu místnosti.

Složení vyplývá z následující tabulky :

Tabulka :

Příklad 1 Příklad 2 Přiklad 3

OH-obsahující alkydová poryskyřice 326,9 g v.⁴ 286,9 g v.² 326,9 g v.⁴

isoforondiisokyanát	10,4	g	15,9	g
bis(isokyanátocyklohexyl)-
methan	-		-		12,3	g
dibutylcíndilaurát	0,2	g	0,2	g	0,2	g
emulgátor 1 3)	21,3	g	21,3	g	32,0	g

Tabulka (pokračování)

	Příklad 1	Příklad 2	Příklad 3
emulgátor 1 4)	6,7 g	6,7 g	10,0 g
DBP	18,7 g	18,7 g	28,0 g
methoxypropylacetát	25,3 g	25,3 g	38,0 g
nitrocelulosa normtyp E 24	120,6 g	120,6 g	180,9 g
voda	342,7 g	391,6 g	423,4 g

obsah pevné látky	38,7 % hm.	39,9 % hm.	38,0 % hm.
DIN-4-visk.	při 20 °C	21 s	13	s	18	s
pH		5,2	6,	2	5,	4
NC : alkyl		1 : 2,6	1 :	2,6	1 :	1,73
OH : NCO		1 : 0,3	1 :	0,21	1 :	0,3

Použije se hydroxylové skupiny obsahující alkydová pryskyřice Halweftal B 32 firmy Hůttenes-Alberts Lackrohstoff GmbH jako 62,4% alkydová pryskyřice v butylacetátu (hydroxylové číslo = 152 mg KOH/g vzorku) ²) Použije se hydroxylové skupiny obsahující alkydová pryskyřice, vyrobená podle příkladu 1 přihlášky NL 1 008 φφ φφ • φ φ · φ φ φ ♦ φ φ φ φ « φ φ φ φ« φφ φ φ «φφφ φ

φ φ φ *

777 jako 71,7% alkydová pryskyřice v butylacetátu (hydroxylové číslo = 145 mg KOH/g vzorku)

3) Emulgátor 1 : směs z polyethoxytridecyletherfosfátu a tridecylpoly(ethoxy)ethanolu (komerční produkt Rhodafac RS 710 firmy Rhone Poulenc Chemie)

4) Emulgátor 2 : triglyceridethoxylát (komerční produkt Produkt GN 8403/50 firmy Zschimmer & Schwarz).

Pro zjištění oddolnosti vůči působení chemikálií podle

DIN 68 861, část 1, lb se ke 100 g emulse přidá následující množství buitylglykolacetátu Příklad 1 - 8 g , příklad 2 - 6 g a příklad 3 - 8 g .

Emulse se nanesou pomocí 120 pm rakle jako základní a vrchní lak na dřevo. Základ se suší při teplotě 50 °C, zbrousí se a nanese se vrchní vrstva. Podle DIN 68 861, část 1, 1B, se suší po dobu 7 dnů při teplotě 50 °C a skladuje se po dobu 24 hodin při teplotě místnosti, načež se zjišťuje oddolnost vůči vodě, ethylalkoholu a acetonu.

Pro srovnáni se podle EP-PS 0 076 443 vyrobí z výchozích látek z příkladu 1 emulse NC-alkydové pryskyřice 4 a z příkladu 2 emulse 5 , avšak bez polyisokyanátu a bez dibutylcínlaurátu. Do emulksí 4 a 5 se na 100 g emilse přidá před aplikací na dřevo vždy 6 g butylglykolacetátu. Oddolnosti vůči chemikáliím podle DIN 68 861, část 1, 1B, jsou uvedené v následující tabulce.

« · *· φ· ·· • · φ · φ »·· φφφ · « ·

Φ φ · · 9 Φ · Φ 9 • ΦΦΦ ΦΦΦ

Φ Φ * ·» «Φ 9 9

Tabulka

	voda	ethanol	aceton
Příklad 1	0	0	0
příklad 2	0	0	0
příklad 3	0	0	0
příklad 4	4	4	5
příklad 5	4	4	5

·* I

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Celulosovou látku obsahující laková emulse, vytvořená z

   a) 5 až 50 % hmotnostních celulosové látky,

   b) 5 až 50 % hmotnostních jedné nebo více lakařské pryskyřice, obsahující hydroxylové skupiny,

   c) 0,1 až 10 % hmotnostních polyisokyanátů s více než jednou volnou isokyanátovou skupinou,

   d) 0,5 až 30 % hmotnostních změkčovadla,

   e) 0,0 až 20 % hmotnostních emulgátoru,

   f) 0,0 až 45 % hmotnostních alespoň jednoho organického rozpouštědla a

   g) 10 až 65 % hmotnostních vody, přičemž suma a) až g) činí vždy 100% hmotnostních, vyznačující se tím, že hmotnostní poměr hydroxylových skupin z lakařské pryskyřice k NCO-skupinám činí 1 : 0,01 až 1,0 .
2. 2. Celulosová látka podle nároku 1 , vyznačující se tím, že se jedná o ester celulosy.

   • · 99 ·· ··

   9 · · · 9 9 9 9 9

   9 9 9 9 9 9 9

   9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • · · · · 9 · 9

   99 9 9 9 9 9 9 9
3. 3. Lakařská pryskyřice vyznačující s komponenty b) činí 20 až podle nároku 1 , e t i m , že hydroxylové číslo 200 mg KOH/g .
4. 4. Způsob výroby celulosovou látku obsahující lakové emulse podle nároků 1 až 3 , vyznačující se tím, že se nejprve smísí polyisokyanát s lakařskou pryskyřicí, obsahující hydroxylové skupiny, popřípadě za přídavku katalysátoru, načež se přidá celulosová látka a další pomocné látky, směs se společně homogenisuje a s vodou se převede na emulsi olej vwe vodě.
5. 5. Použití lakové emulse podle některého z nároků 1 až 4 v emulsích lakařských pryskyřic pro povrchovou úpravu dřeva, kovů, papíru, plastů, kůže nebo skla.