DE102005040493A1

DE102005040493A1 - Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen unter Verwendung von in Wasser selbstdispergierenden, Organopolysiloxan enthaltenden Zusammensetzungen

Info

Publication number: DE102005040493A1
Application number: DE102005040493A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Dipl.-Ing. Laubender; Hans Dr. Mayer
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2006-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bei Umgebungstemperatur vernetzenden, filmbildenden Beschichtung harter Oberflächen unter Verwendung von in Wasser selbstdispergierenden, Organopolysiloxan enthaltenden Zusammensetzungen, insbesondere für industrielle Beschichtungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung harter Oberflächen unter Verwendung von in Wasser selbstdispergierenden, Organopolysiloxan enthaltenden Zusammensetzungen, insbesondere für industrielle Beschichtungen.
In DE 42 41 727 A werden bei Verdünnen mit Wasser durchsichtige Gemische ergebende, Organopolysiloxan aufweisende Zusammensetzungen beschrieben, die als wesentliche Bestandteile Salz von wasserlöslicher organischer und anorganischer Säure und aminofunktionellem Organopolysiloxan, eine weitere Organosiliciumverbindung und gegebenenfalls Lösungsmittel enthalten. Solche Zusammensetzungen wurden bisher vielfach in der Fassadenhydrophobierung, Steinfestigung, Gipshydrophobierung, Holz- und Textilbeschichtung eingesetzt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur bei Umgebungstemperatur vernetzenden, filmbildenden Beschichtung harter Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass Dispersionen enthaltend

(A) Salz von organischer oder anorganischer Säure und Orgasiliciumverbindung, welche SiC-gebundene Reste mit basischem Stickstoff in Mengen von mindestens 0,5 Gewichtsprozent basischem Stickstoff, bezogen auf das Gewicht dieser Organosiliciumverbindung, aufweist, gegebenenfalls
(B) bei 20°C und 1020 hPa höchstens zu einem Gewichtsteil in 100 Gewichtsteilen Wasser löslichen Feststoff, gegebenenfalls
(C) Organosiliciumverbindung mit basischem Stickstoff in Mengen von 0 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht dieser Organosiliciumverbindung, und
D) Wasser auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird.

Der Begriff "basischer Stickstoff", wie er im Rahmen dieser Erfindung mit Mengenangaben gebraucht wird, bezieht sich auf Stickstoff, berechnet als Element.
Die Organosiliciumverbindungen, durch deren Umsetzung mit organischer oder anorganischer Säure Bestandteil (A) der erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzung erhältlich ist, sind vorzugsweise solche enthaltend Einheiten der Formel R_aR¹ _b(OR²)_cSiO_(4-a-b-c)/2 (I),worin
R gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoff oder einwertige, von basischem Stickstoff freie, SiC-gebundene organische Reste bedeutet,
R¹ gleich oder verschieden sein kann und einwertige, SiC-gebundene Reste mit basischem Stickstoff bedeutet,
R² gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoffatom oder einwertige organische Reste bedeutet,
a 0, 1, 2 oder 3,
b 0, 1, 2 oder 3 und
c 0, 1, 2 oder 3 ist,
mit der Maßgabe, dass die Summe aus a, b und c kleiner oder gleich 4 ist und Rest R¹ in Mengen von mehr als 0,5 Gewichtsprozent basischen Stickstoff pro Molekül vorhanden ist.
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Organosiliciumverbindungen kann es sich sowohl um Silane handeln, d.h. Verbindungen der Formel (I) mit a + b + c = 4, als auch um Siloxane, d.h. Verbindungen enthaltend Einheiten der Formel (I) mit a + b + c < 3. Vorzugsweise handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten Organosiliciumverbindungen um Organopolysiloxane, insbesondere um solche, die aus Einheiten der Formel (I) bestehen.
Bevorzugt handelt es sich bei Rest R um gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wobei Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, insbesondere der Methyl-, der Isooctyl- und der Phenylrest, besonders bevorzugt sind.
Vorzugsweise ist an jedes Siliciumatom, an das ein Wasserstoffatom gebunden ist, auch ein Kohlenwasserstoffrest, insbesondere ein Methylrest, gebunden.
Beispiele für Reste R sind Alkylreste, wie der Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, n-Butyl-, iso-Butyl-, tert.-Butyl-, n-Pentyl-, iso-Pentyl-, neo-Pentyl-, tert.-Pentylrest, Hexylreste, wie der n-Hexylrest, Heptylreste, wie der n-Heptylrest, Octylreste, wie der n-Octylrest und iso-Octylreste, wie der 2,2,4-Trimethylpentylrest, Nonylreste, wie der n-Nonylrest, Decylreste, wie der n-Decylrest, Dodecyl reste, wie der n-Dodecylrest, Octadecylreste, wie der n-Octadecylrest; Alkenylreste, wie der Vinyl-, Allyl-, n-5-Hexenyl-, 4-Vinylcyclohexylund der 3-Norbornenylrest; Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, 4-Ethylcyclohexyl-, Cycloheptylreste, Norbornylreste und Methylcyclohexylreste; Arylreste, wie der Phenyl-, Biphenylyl-, Naphthyl- und Anthryl- und Phenanthrylrest; Alkarylreste, wie o-, m-, p-Tolylreste, Xylylreste und Ethylphenylreste; Aralkylreste, wie der Benzylrest, der alpha- und der ß- Phenylethylrest.
Beispiele für substituierte Kohlenwasserstoffreste als Rest R sind halogenierte Kohlenwasserstoffreste, wie der Chlormethyl-, 3-Chlorpropyl-, 3-Brompropyl-, 3,3,3-Trifluorpropylund 5,5,5,4,4,3,3-Heptafluorpentylrest, sowie der Chlorphenyl-, Dichlorphenyl- und Trifluortolylrest; Mercaptoalkylreste, wie der 2-Mercaptoethyl- und 3-Mercaptopropylrest; Cyanoalkylreste, wie der 2-Cyanoethyl- und 3-Cyanopropylrest; Acyloxyalkylreste, wie der 3-Acryloxypropyl- und 3-Methacryloxypropylrest; Hydroxyalkylreste, wie der Hydroxypropylrest, und Epoxyreste, wie z. B. Reste der Formel CH₂-CHCH₂O(CH₂)₃- und HOCH₂CH(OH)CH₂SCH₂CH₂-.
Bevorzugt handelt es sich bei Rest R¹ um solche der Formel R³ ₂NR⁴- (II),worin R³ gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoff oder einwertiger, gegebenenfalls mit Aminogruppen substituierter Kohlenwasserstoffrest bedeutet und R⁴ zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest bedeutet.
Beispiele für Rest R³ sind die für Rest R gegebenen Beispiele für Kohlenwasserstoffreste sowie mit Aminogruppen substituierte Kohlenwasserstoffreste, wie Aminoalkylreste, wobei der Aminoethylrest besonders bevorzugt ist.
Vorzugsweise ist an jedes Stickstoffatom in den Resten der Formel (II) mindestens ein Wasserstoffatom gebunden.
Bevorzugt handelt es sich bei Rest R⁴ um zweiwertige Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, besonders be vorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere um den n-Propylenrest und um den Methylenrest.
Beispiele für Rest R⁴ sind der Methylen-, Ethylen-, Propylen-, Butylen-, Cyclohexylen-, Octadecylen-, Phenylen- und Butenylenrest.
Beispiele für Reste R¹ sind
H₂N(CH₂)₅-,
H₂N(CH₂)₄ ^-,
H₂N(CH₂)₃ ^-,
H₂N(CH₂)₂-,
H₂N(CH₂)-,
H₂N(CH₂)₂NH(CH₂)₃-,
H₂N(CH₂)₂NH(CH₂)₂ ^-,
H₂N(CH₂)₂NH(CH₂)-,
H₃CNH(CH₂)₃ ^-,
H₃CNH(CH₂)₂ ^-,
H₃CNH(CH₂)^-,
C₂H₅NH(CH₂)₃-,
C₂H₅NH(CH₂)₂-,
C₂H₅NH(CH₂)-,
H(NHCH₂CH₂)₃-,
C₄H₉NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃-,
C₄H₉NH(CH₂)₂NH(CH₂)₂-,
C₄H₉NH(CH₂)₂NH(CH₂)-,
C₄H₉NH(CH₂)₃-,
C₄H₉NH(CH₂)₂-,
C₄H₉NH(CH₂)-,
cyclo-C₆H₁₁NH(CH₂)₃-,
cyclo-C₆H₁₁NH(CH₂)₂-,
cyclo-C₆H₁₁NH(CH₂)-,
C₆H₅NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃-,
C₆H₅NH(CH₂)₂NH(CH₂)₂-,
C₆H₅NH(CH₂)₂NH(CH₂)-,
C₆H₅NH(CH₂)₃-,
C₆H₅NH(CH₂)₂-,
C₆H₅NH(CH₂)-,
(CH₃)₂N(CH₂)₃ ^-,
(CH₃)₂N(CH₂)₂-,
(CH₃)₂N(CH₂)-,
Morpholinyl-(CH₂)₃-,
Morpholinyl-(CH₂)₂-,
Morpholinyl-(CH₂)-,
Piperazinyl-(CH₂)₃-,
Piperazinyl-(CH₂)₂-,
Piperazinyl-(CH₂)-,
(C₂H₅)₂N(CH₂)₃-,
(C₂H₅)₂N(CH₂)₂ ^- und
(C₂H₅)₂N(CH₂)^-
Bevorzugt handelt es sich bei Rest R¹ um H₂N(CH₂)₃- und H₂N(CH₂)₂NH(CH₂₎₃-, wobei H₂N(CH₂)₂NH(CH₂)₃- besonders bevorzugt ist.
Des Weiteren kann es sich bei Rest R¹ auch um cyclische Aminreste, wie Piperidylreste, Morpholinylreste und Piperazinylreste handeln.
Bevorzugt handelt es sich bei Rest R² um Wasserstoffatom und Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wobei der Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Phenylrest besonders bevorzugt sind.
Die Beispiele für Alkylreste R gelten im vollen Umfang auch für den Rest R².
Beispiele für Organopolysiloxane aus Einheiten der Formel (I) sind das Umsetzungsprodukt:

– von Tetraethylsilikat mit N-(2-Aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von α, ω-Dihydroxydimethylpolysiloxan und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von CH₃Si(OC₂H₅) _0,8O_1,1 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von CH₃Si(OCH₃) _0,8O_1,1 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von C₂H₅Si(OC₂H₅) _0,8O_1,1 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von C₂H₅Si(OCH₃) _0,8O_1,1 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von C₃H₇Si(OC₂H₅) _0,8O_1,1 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von C₃H₇Si(OCH₃) _0,8O_1,1 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– weitere Siloxane dieser Reihen mit längeren Kohlenwasserstoffketten in Umsetzung mit N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– besonders zu erwähnen noch das Umsetzungsprodukt von C₈H₁₇Si(OC₂H₅) _0,8O_1,1 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von C₈H₁₇Si(OC₂H₅) _0,8O_1,1 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan sowie
– das Umsetzungsprodukt von C₆H₅Si(OC₂H₅) _0, ₇₂O_1,14 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– das Umsetzungsprodukt von C₆H₅Si(OCH₃) _0,72O_1,14 und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– alle Umsetzungsprodukte aus Hydrolysaten der halogenierten Entsprechungen der bislang erwähnten Produkte mit N-(2-Amino ethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– dazu alle Umsetzungen oligomerisierter und polymerisierter Siloxane der bislang erwähnten Zusammensetzungen, oder auch deren Gemische mit N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan,
– dazu auch die genannten Verbindungen in Kombinationen mit endblockierten Polysiloxanen, zum Beispiel das Trimethylalkoxysilan oder ähnliche Verbindungen mit nur noch einer sich am Siliziumatom befindlichen funktionellen Gruppe.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Organosiliciumverbindungen aus Einheiten der Formel (I) sind handelsübliche Produkte oder können nach in der Siliciumchemie gängigen Verfahren hergestellt werden.
Die organischen oder anorganischen Säuren, die zur Herstellung von Bestandteil (A) der erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzung verwendet werden, können die gleichen sein, die auch bisher zur Herstellung von Salzen von organischer oder anorganischer Säure und Organosiliciumverbindungen mit basischen Stickstoff aufweisenden, SiC-gebundenen Resten eingesetzt werden konnten. Beispiele für derartige Säuren sind HCl, H₂SO₄, Essigsäure, Propionsäure und Diethylhydrogenphosphat, wobei Essigsäure und Propionsäure bevorzugt und Essigsäure besonders bevorzugt sind.
Verbindungen, die als Komponente (A) in der erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzung eingesetzt werden können, sind bereits bekannt. Hierzu sei beispielsweise auf US-A 4,661,551 verwiesen.
Bei den erfindungsgemäß gegebenenfalls eingesetzten Feststoffen (B), das heißt Feststoffen, die bei 20°C und 1020 hPa höchstens zu einem Gewichtsteilen in 100 Gewichtsteilen Wasser löslich sind, handelt es sich bevorzugt um Füllstoffe, Pigmente, Biozide und ultraviolettes Licht absorbierende Feststoffe.
Beispiele für Füllstoffe sind nicht verstärkende Füllstoffe, wie Quarz, Glimmer, Eisenglimmer, Talkum, Boroxid, Borsäure, Diatomeenerde, Calciumsilikat, Zirkoniumsilikat, Zeolithe, Montmorrillonite, wie Bentonite, Metalloxidpulver, wie Aluminium-, Titan-, Eisen-, oder Zinkoxide bzw. deren Mischoxide, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Bornitrid, Glas- und Kunststoffpulver; verstärkende Füllstoffe, also Füllstoffe mit einer BET-Oberfläche von mehr als 50 m²/g, wie pyrogen hergestellte Kieselsäure, gefällte Kieselsäure, Ruß, wie Furnace- und Acetylenruß und Silicium-Aluminium-Mischoxide; faserförmige Füllstoffe, wie Asbest sowie Kunststofffasern. Die genannten Füllstoffe können hydrophobiert sein, beispielsweise durch die Behandlung mit Organosilanen bzw. – siloxanen oder durch Veretherung von Hydroxylgruppen zu Alkoxygruppen.
Beispiele für Pigmente sind Ruße, Graphite, Metalle wie Zink, Aluminium, Magnesium, Bronze, Kupfer, Silber, Silizium und verschiedenste Metalllegierungen, sind Erdpigmente, wie Kreide, Ocker, Umbra, Grünerde, Mineralpigmente, wie Titandioxid, Eisenoxidschwarz, Eisenoxidrot, Eisenoxidgelb, Eisenmanganmischoxide, Nickeltitanate, Chromtitanate, Kobalttitanate, Mangantitanate, Eisenchromite, Spinellschwarzpimente, Chrom-gelb, Mennige, Zinkgelb, Zinkgrün, Cadmiumrot, Kobaltblau, organische Pigmente, wie Sepia, Kasseler Braun, Indigo, Azo-Pigmente, Antrachinoide-, Indigoide-, Dioxazin-, Chinacridon-, Phthalocyanin-, Isoindolinon- und Alkaliblau-Pigmente, wobei viele der Pigmente auch als Füllstoffe fungieren und umgekehrt.
Beispiele weiterer fester Zuschlagstoffe sind Chromatpigmente und Phosphatpigmente, Glasperlen, Glasschuppen, keramische Fritten, dazu noch Effektpigmente wie Goldbronzen, Perlglanzpigmente und andere Effektpigmente.
Beispiele für hydrophobe Biozide sind, Fungizide, Insektizide, Herbizide und Algizide, wie Benzimidazolderivate.
Beispiele für ultraviolettes Licht absorbierende Feststoffe sind Benztriazol, Tolyltriazol und transparentes Eisenpigment.
Bevorzugt enthält die erfindungsgemäß eingesetzte Zusammensetzung als Feststoff (B) Zink, Aluminium, Titandioxid, Ruß, eisenhaltige Schwarzpigmente, Bariumsulfat, Talkum, Glimmer, Eisenglimmer und pyrogene Kieselsäure.
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen hydrophoben Feststoff (B) in Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt von 0,5 bis 10 Gewichtsteilen, je Gewichtsteil Bestandteil (A).
Bei der gegebenenfalls eingesetzten Organosiliciumverbindung (C) handelt es sich vorzugsweise um solche aus Einheiten der Formel R⁵,_d(OR⁶)eSiO_(4-d-e)/2 (III),worin
R⁵ gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoffatom oder einwertige, SiC-gebundene organische Reste bedeutet,
R⁶ gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoffatom oder einwertige organische Reste bedeutet,
d 0, 1, 2, 3 oder 4 und
e 0, 1, 2, 3 oder 4 ist,
mit der Maßgabe, dass die Summe aus d und e kleiner oder gleich 4 ist und der Gehalt an basischem Stickstoff 0 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Organosiliciumverbindung, beträgt.
Beispiele für Rest R⁵ sind die für Rest R angegebenen Beispiele sowie mit Aminogruppen substituierte Kohlenwasserstoffreste, wobei Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bevorzugt und der Methyl-, Isooctyl- und Phenylrest besonders bevorzugt sind.
Beispiele für Rest R⁶ sind die für R² angegebenen Beispiele, wobei der Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylrest bevorzugt und der Methyl- und Ethylrest besonders bevorzugt sind.
Bei der Organosiliciumverbindung aus Einheiten der Formel (III) kann es sich um Silane handeln, d.h. die Summe aus d und e ist gleich 4.
Bei den Organosiliciumverbindungen aus Einheiten der Formel (III) kann es sich auch um Organopolysiloxane handeln, d.h. die Summe aus d und e ist kleiner oder gleich 3.
Beispiele für Silane der Formel (III) sind i-Octyltrimethoxysilan und i-Octyltriethoxysilan.
Beispiele für Organopolysiloxane aus Einheiten der Formel (III) sind Methylethoxypolysiloxane, Methylmethoxypolysiloxane, Dimethylpolysiloxane und i-Octylmethoxypolysiloxane, i-Octylmethoxypolysiloxane, Phenylmethoxypolysiloxane, Phenylethoxypolysiloxane, Phenylpolysiloxane, Methylphenylmethoxypolysiloxane, Methylphenylethoxypolysiloxane, Methylphenylpolysiloxane, Propylphenylmethoxypolysiloxane, Propylphenlyethoxypolysiloxane, Propylphenylpolysiloxane, Propylmethoxypolysiloxanes, Propy lethoxypolysiloxane, Propylpolysiloxane und Gemische aus diesen oder ähnlichen Stoffen.
Vorzugsweise haben die Organopolysiloxane aus Einheiten der Formel (III) eine Viskosität von 5 bis 2000 mm²/s, besonders bevorzugt 10 bis 500 mm²/s, jeweils bezogen auf 25°C.
Bei der gegebenenfalls eingesetzten Organosiliciumverbindung (C) handelt es sich besonders bevorzugt um Silane und niedermolekulare Siloxane, insbesondere um Silane.
Verfahren zur Herstellung der Organosiliciumverbindungen aus Einheiten der Formel (III) sind vielfach bekannt.
Falls zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzung Organosiliciumverbindung (C) verwendet wird, wird diese in Mengen von vorzugsweise 0,5 bis 15 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt 1 bis 3 Gewichtsteilen, je Gewichtsteil Komponente (A), eingesetzt.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen Komponente (C).
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen Wasser (D) in Mengen von 0,1 bis 15 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt von 0,7 bis 1,3 Gewichtsteilen, je Gewichtsteil der Mischung aus Bestandteil (A) und (C).
Die erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen können weitere Komponenten (E), wie beispielsweise Verlaufsmittel, Haftvermittler, Antischaummittel, Konservierungsmittel, Dispergiermittel, Katalysatoren, Korrosionsinhibitoren, Stabilisatoren, Initiatoren, Lichtschutzmittel, Konservierungstoffe, Netz mittel, Mattierungsmittel, rheologische Hilfsmittel, Gleitmittel, Trennmittel, Aufschwimmverhütungsmittel und organische Bindemittel sowie organische Lösungsmittel, enthalten.
Beispiele für die erfindungsgemäß eingesetzt als Komponente (E) gegebenenfalls eingesetzte Katalysatoren sind vorzugsweise monomere und polymere Butlytitanate, aber auch katalysierend wirkende Zinnverbindungen und Phosphate, Lewis-Säuren, Brönstedt-Säuren, Lewis-Basen und Brönstedt-Basen. Beispiele für Lösemittel sind Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanole, Butanole, weitere aliphatische oder aromatische Lösemittel sowie deren Gemische, bevorzugt mit Siedepunkten bzw. Siedebereichen bis zu 150°C bei 0,1 mPa. Beispiele für rheologische Hilfsmittel sind pyrogene oder hochdisperse Kieselsäuren und Bentone. Beispiele für Haftvermittler sind verschiedene, möglichst wasserstabile Aminosilane. Beispiele für Korrosionsinhibitoren sind Phosphate, insbesondere Metallphosphate.
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen Komponente (E) in Mengen von 0 bis 1 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,1 Gewichtsteilen, je Gewichtsteil Bestandteil (A).
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Komponenten kann es sich jeweils um eine Art einer solchen Komponente wie auch um ein Gemisch aus mindestens zwei Arten einer jeweiligen Komponente handeln.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen haben einen pH-Wert von vorzugsweise 4 bis 7, besonders bevorzugt 5.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen können durch beliebiges Vermischen der einzelnen Komponenten hergestellt werden, wie z.B. durch Vermischen von Organosiliciumverbindungen enthaltend Einheiten der Formel (I) mit organischer oder anorganischer Säure zur Bildung des Bestandteils (A), gegebenenfalls mit Bestandteil (B), gegebenenfalls mit Bestandteil (C) sowie mit (D) und gegebenenfalls mit Komponente (E). Es können aber auch einzelne Komponenten vorgemischt werden, wie z.B. (A), ggf. (B) und ggf. (C), wobei diese Mischung dann, bevorzugt kurz vor dem Auftragen, mit (D) ggf. im Gemisch mit (E) vermischt wird. Es ist aber zum Beispiel auch möglich, Bestandteile (B) mit (D) und (E) vorzumischen und kurz vor dem Auftragen mit (A) und ggf. mit (C) zu vermischen.
Vorzugsweise wird dieses Vermischen bei einer Temperatur von 0 bis 120°C und einem Druck der umgebenden Atmosphäre, also etwa von 900 bis 1100 hPa, durchgeführt.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen haben den Vorteil, dass sie mit Wasser spontan, d.h. ohne Aufwendung hoher mechanischer Energie, durch bloßes Eingießen in Wasser und Umrühren stabile wässrige Dispersionen ergeben. Dabei sind erfindungsgemäß gegebenenfalls eingesetzte Feststoffe gleichmäßig im Wasser verteilt.
Das erfindungsgemäße Aufbringen kann nach bisher bekannten Methoden erfolgen, wie sie auch bisher für die Ausrüstung von Oberflächen typischerweise angewendet werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Zusammensetzungen beispielsweise durch Aufsprühen, Aufstreichen, Aufrakeln, Gießen, Eintauchen oder Streichen auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht. Je nach Anforderungen können auf diese Weise Beschichtungen mit Schichtdicken von 1 bis 500 μm, bevorzugt 10 bis 30 μm, hergestellt werden. Bei saugenden oder sehr porösen Untergründen wird diejenige Menge an Material, die den oben genann ten Schichtdicken entspricht, eingesetzt.
Beispiele für Oberflächen, die erfindungsgemäß beschichtet werden können, sind Oberflächen bestehend aus Metall, Metalllegierungen, Glas, Keramik, Fliesen, Glaskeramik, Emaille, mineralischen Materialien, Holz, Kork, Kunststoffen und metallbeschichtete Kunststoffe. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Oberflächen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden, um metallische Oberflächen, wie Aluminium, Stahl und Gusseisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Oberflächen wird bei Temperaturen von bevorzugt 0 bis 100°C, besonders bevorzugt 10 bis 40°C, und dem Druck der umgebenden Atmosphäre, also etwa 900 bis 1100 hPa, durchgeführt. Es können jedoch auch, falls erwünscht, höhere oder niedrigere Drücke angewendet werden.
Nach dem Auftrag auf die Oberfläche wird die Beschichtung trocknen gelassen. Dies kann durch einfaches Stehenlassen an Luft erfolgen, aber auch durch forciertes Trocknen, z.B. bei erhöhter Temperatur, wie etwa im Trockenofen oder mit Hilfe von IR-Strahlung. Die Beschichtungen können Katalysatoren und sonstige Zusätze enthalten, die die Aushärtung beschleunigen.
Nach der erfindungsgemäßen Trocknung werden innerhalb von bevorzugt 24 Stunden grifffeste Oberflächen erhalten, die nach dieser Trocknungszeit wasserbeständig, hitzebeständig, lichtbeständig und schmutzabweisend sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Bereichen angewendet werden, bei denen es um eine werterhaltende Ausrüstung von Oberflächen geht, wie z.B. bei Oberflächen, welche der Witte rung, der Korrosion und der Hitzebelastung ausgesetzt sind, diese sind zum Beispiel Öfen und Ofenrohre, Herde, Grills, Auspuffanlagen, Schalldämpfer, Katalysatoren, Schornsteine, Abgaskamine, Wärmeaustauscher, heiße Teile in der Industrie, insbesondere, der chemischen Industrie, der erdölfördernden und erdölverarbeitenden Industrie, der Automobilindustrie, Fassaden, Fliesen, Beton, ton- und gipsbasierende Produkte in der Bauindustrie sowie Kunst- und Natursteine.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass auf den behandelten Oberflächen filmbildende, wasserbeständige Überzüge erhalten werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, dass es sehr einfach in der Durchführung ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass wasserbasierende Beschichtungsstoffe hergestellt werden können, die nach ihrer Trocknung nicht nur wasserbeständig, sondern gleichzeitig auch licht, hitze, schmutz- und korrosionsbeständig sind.
Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die Beschichtung auf der Oberfläche dauerhaft ist und ein Auswaschen verhindert wird.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Angaben von Teilen und Prozentsätzen, soweit nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht. Sofern nicht anders angegeben, werden die nachstehenden Beispiele bei einem Druck der umgebenden Atmosphäre, also etwa bei 1000 hPa, und bei Raumtemperatur also bei etwa 20°C bzw. bei einer Temperatur, die sich beim Zusammengeben der Reaktanden bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Heizung oder Kühlung einstellt, durchgeführt. Alle in den Beispielen angeführten Viskositätsangaben sollen sich auf eine Temperatur von 25°C beziehen.
Herstellung der Basisharze:
A1) Herstellung von Organopolysiloxanen mit basischem Stickstoff (→ Siloxan A1)
In einen mit Rührer, Tropftrichter und Rückflusskühler ausgestatteten 1-1-Dreihalskolben werden unter Rühren zu einem Gemisch aus 0,2 g Natriummethylat in 0,4 g Methanol und 500 g eines α, ω-Dihydroxydimethylpolysiloxans mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 4000 g/Mol 208 g N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan gegeben und das so erhaltene Gemisch 3 Stunden unter Rückfluss zum Sieden erhitzt. Anschließend wird auf 50°C abgekühlt und 1,1 g 20%ige Salzsäure zugegeben. Durch Erhitzen auf bis zu 170°C wird schließlich das Methanol abdestilliert und das so erhaltene Organopolysiloxan durch Filtrieren von NaCl befreit. Das erhaltene Organopolysiloxan hat eine Viskosität von etwa 25 mm²/s und enthält 4,2 basischen Stickstoff, bezogen auf sein Gewicht.
B1) Herstellung eines Salzes aus einem Organopolysiloxgemisch mit basischem Stickstoff (→ Siloxan B1)
27 g i-Octyltrimethoxysilan werden mit 23 g eines Oligomeren aus 60% Methyltrimethoxysilan und 40% i-Octyltrimethoxysilan mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 700 g/Mol, mit 11 Teilen eines Oligomeren aus Tetraethoxysilan mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 450 g/Mol, mit 31 g des oben als Siloxan A1 hergestellten Aminosiloxans und 8 g Essigsäure vermischt. Diese Mischung wird auf Siedetemperatur erhitzt und zwei Stunden am Rückfluss gehalten, anschließend auf 60°C abgekühlt und filtriert. Dabei ergibt sich eine homogene, gelbliche Mischung mit einem leichten Tyndall-Effekt. Die Viskosität einer derartigen Mischung beträgt etwa 30 mm²/s, die Dichte ca. 1,0 g/ml.
Beispiel 1
Herstellung eines mit Aluminiumpigmenten pigmentierten Lackes aus dem in B1 beschriebenen Siloxan-Bindemittels, dessen Auftrag auf ein metallisches Substrat und Beschreibung wesentlicher Eigenschaften der daraus entstandenen Beschichtung.
61,3 g des oben beschriebenen Bindemittels „Siloxan B1" werden zusammen mit 0,8 g einer hydrophoben hochdispersen Kieselsäure mit einer Oberfläche von 200 m²/g (käuflich erhältlich unter der Bezeichnung HDK^® N 20 bei der Wacker-Chemie GmbH, München) als rheologischem Hilfsmittel und mit 38 g eines für wässrige Beschichtung geeigneten Aluminiumpigments mit sog. „non leafing" Eigenschaften (käuflich erhältlich unter Eckart STAPA Hydrolac WH 2 n. l.) 20 min lang in einem Dissolver bei einer Schergeschwindigkeit von 2,5 m/s gerührt.
Vorzugsweise kurz vor der Anwendung werden zu dieser Mischung noch 61,3 g Wasser als zweite Komponente zugegeben und bei niedriger Geschwindigkeit eingerührt. Die dadurch hergestellte Farbe hat einen Festgehalt von ca. 54 % und eine Dichte von 1,09 g/ml. Durch die Wasserzugabe wird das vorher beschriebene Bindemittel aktiviert und sollte nun innerhalb der nächsten 24 Stunden verarbeitet werden.
Der Auftrag auf ein Stahlblech (oder alternativ auf andere metallische Substrate bzw. Glas) kann über Spritzen, Rollen, Rakeln usw. erfolgen, die Nassschichtstärke ist in diesem Beispiel zu 60 μm gewählt, der Auftrag geschah hier auf einem Q-Panel Stahlblech mittels eines Rakels.
Die Trocknungszeit bis zu Grifffestigkeit des Lackes beträgt < 24 Stunden, der Trockengrad 3 wird mit ca. 7 Stunden festgestellt. Der Lack vernetzt in dieser Zusammensetzung bereits bei einer Umgebungstemperatur von 20°C innerhalb kurzer Zeit und ist anschließend wasserfest. Die Wasserfestigkeit wurde mittels Wasser-Doppelriebe mit > 150 festgestellt. Neben der erreichbaren Wasserbeständigkeit der Beschichtung hat der Lack den weiteren Vorteil, dass er arm an organischen Lösemitteln ist, so werden kleiner 200 g/l Lösemittel (VOC) bei Trocknung und Vernetzung abgespalten.
Die erfindungsgemäße wesentliche Eigenschaft des Bindemittels nach der Zugabe von Wasser ist, dass solch ein wasserbasierendes Bindemittel- und Lackgemisch in dieser Zusammensetzung bereits nach 24 Stunden wasserfest ist, also durch Wasser nicht mehr in seinem Aussehen oder in seiner Beständigkeit verändert werden kann.
Die Schichtdicke nach der Trocknung des Lackes dieser Zusammensetzung und nach dem Auftrag wie beschrieben betrug ca. 25 μm. Erhitzt man eine derartige Beschichtung in 100°C Schritten zu je einer Stunde bis 600°C, sind weder in der Hitze noch nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur Haftungsprobleme erkennbar, somit kann der Lack für wässrige, bei Raumtemperatur vernetzende wasserfeste Lacke, insbesondere Hochtemperaturlacke verwendet werden. Die so hergestellten und aufgetragenen Beschichtungen sind auch bei höheren Temperaturen sehr farbstabil und rauchen nur minimal.
Beispiel 2
Herstellung eines mit Schwarzpigmenten pigmentierten Lackes aus dem in B1 beschriebenen Siloxan-Bindemittels, dessen Auftrag auf ein metallisches Substrat und Beschreibung wesentlicher Eigenschaften der daraus entstandenen Beschichtung.
55,7 g des oben beschriebenen Bindemittels „Siloxan B1" werden zusammen mit 20,5 g eines festen hitzebeständigen Eisenmangan-Mischoxides (käuflich erhältlich unter der Bezeichnung „Bayferrox 303 T" bei der Bayer AG, Deutschland), 2,3 g eines geeigneten Rußes (käuflich erhältlich unter der Bezeichnung „Echtschwarz 101" bei der Degussa AG, Deutschland) und mit 33,4 g Glimmer (käuflich erhältlich unter Microfine Minerals Mica SC) 30 min lang in einem Dissolver bei einer Schergeschwindigkeit von 15 m/s gerührt.
Vorzugsweise kurz vor der Anwendung werden zu dieser Mischung noch 43,8 g Wasser als zweite Komponente zugegeben und bei niedriger Geschwindigkeit eingerührt. Die dadurch hergestellte Farbe hat einen Festgehalt von ca. 72 % und eine Dichte von 1,33 g/ml. Durch die Wasserzugabe wird das vorher beschriebene Bindemittel aktiviert und sollte nun innerhalb der nächsten 24 Stunden verarbeitet werden.
Der Auftrag auf ein Stahlblech (oder alternativ auf andere metallische Substrate bzw. Glas) kann über Spritzen, Rollen, Rakeln usw. erfolgen, die Nassschichtstärke ist in diesem Beispiel zu 60 μm gewählt, der Auftrag geschah hier auf einem Q-Panel Stahlblech mittels eines Rakels.
Die Trocknungszeit bis zu Grifffestigkeit des Lackes beträgt < 24 Stunden, der Trockengrad 3 wird mit ca. 7 Stunden festgestellt. Der Lack vernetzt in dieser Zusammensetzung bereits bei einer Umgebungstemperatur von 20°C innerhalb kurzer Zeit und ist anschließend wasserfest. Die Wasserfestigkeit wurde mittels Wasser-Doppelriebe mit > 150 festgestellt. Neben der Wasserbe ständigkeit hat der Lack den weiteren Vorteil, dass er arm an organischen Lösemitteln ist, so werden kleiner 200 g/l Lösemittel (VOC) bei Trocknung und Vernetzung abgespalten.
Die erfindungsgemäße wesentliche Eigenschaft des Bindemittels nach der Zugabe von Wasser ist, dass solch ein wasserbasierendes Bindemittel- und Lackgemisch in dieser Zusammensetzung bereits nach 24 Stunden wasserfest ist, also durch Wasser nicht mehr in seinem Aussehen oder in seiner Beständigkeit verändert werden kann.
Die Schichtdicke nach der Trocknung des Lackes dieser Zusammensetzung und nach dem Auftrag wie beschrieben betrug ca. 25 μm. Erhitzt man eine derartige Beschichtung in 100°C Schritten zu je einer Stunde bis 400°C, sind weder in der Hitze noch nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur Haftungsprobleme erkennbar, somit kann der Lack für wässrige, bei Raumtemperatur vernetzende wasserfeste Lacke, insbesondere Hochtemperaturlacke verwendet werden. Die so hergestellten und aufgetragenen Beschichtungen sind auch bei höheren Temperaturen sehr farbstabil und rauchen nur minimal.
Beispiel 3
Herstellung eines mit Titandioxid pigmentierten weißen Lackes aus dem in B1 beschriebenen Siloxan-Bindemittels, dessen Auftrag auf ein metallisches Substrat und Beschreibung wesentlicher Eigenschaften der daraus entstandenen Beschichtung.
60,6 g des oben beschriebenen Bindemittels „Siloxan B1" werden zusammen mit 0,8 g einer hydrophoben hochdispersen Kieselsäure mit einer Oberfläche von 200 m²/g (käuflich erhältlich unter der Bezeichnung HDK^® N 20 bei der Wacker-Chemie GmbH, München) als rheologischem Hilfsmittel und mit 38,6 g Titandioxid (käuf lich erhältlich unter Kronos 2059) 30 min lang in einem Dissolver bei einer Schergeschwindigkeit von 15 m/s gerührt.
Vorzugsweise kurz vor der Anwendung werden zu dieser Mischung noch 60,6 g Wasser als zweite Komponente zugegeben und bei niedriger Geschwindigkeit eingerührt. Die dadurch hergestellte Farbe hat einen Festgehalt von ca. 62 % und eine Dichte von 1,23 g/ml. Durch die Wasserzugabe wird das vorher beschriebene Bindemittel aktiviert und sollte nun innerhalb der nächsten 24 Stunden verarbeitet werden.
Der Auftrag auf ein Stahlblech (oder alternativ auf andere metallische Substrate bzw. Glas) kann über Spritzen, Rollen, Rakeln usw. erfolgen, die Nassschichtstärke ist in diesem Beispiel zu 60 μm gewählt, der Auftrag geschah hier auf einem Q-Panel Stahlblech mittels eines Rakels.
Die Trocknungszeit bis zu Grifffestigkeit des Lackes beträgt < 24 Stunden, der Trockengrad 3 wird mit ebenfalls < 24 Stunden festgestellt. Der Lack vernetzt in dieser Zusammensetzung bereits bei einer Umgebungstemperatur von 20°C innerhalb kurzer Zeit und ist anschließend wasserfest. Die Wasserfestigkeit wurde mittels Wasser-Doppelriebe mit > 150 festgestellt. Neben der Wasserbeständigkeit hat der Lack den weiteren Vorteil, dass er arm an organischem Lösemitteln ist, so werden kleiner 200 g/l Lösemittel (VOC) bei Trocknung und Vernetzung abgespalten.
Zusätzlich war der Lack lösemittelbeständig mit einer MEK-Doppelriebfestigkeit von > 150. Der Lack hatte einen Ausgangsglanz von 73 (bei 60°), dieser verminderte sich bei künstlicher QUV-B auf noch 58 nach 500 Stunden Bewitterung. Die Farbverschiebung nach demselben Zeitraum war mit 0,7 sehr gering.
Die erfindungsgemäße wesentliche Eigenschaft des Bindemittels nach der Zugabe von Wasser ist, dass solch ein wasserbasierendes Bindemittel- und Lackgemisch in dieser Zusammensetzung bereits nach 24 Stunden wasserfest ist, also durch Wasser nicht mehr in seinem Aussehen oder in seiner Beständigkeit verändert werden kann.
Die Schichtdicke nach der Trocknung des Lackes dieser Zusammensetzung und nach dem Auftrag wie beschrieben betrug ca. 25 μm.
Beispiel 4
Herstellung eines mit Zinkpigmenten pigmentierten Lackes aus dem in B1 beschriebenen Siloxan-Bindemittels, dessen Auftrag auf ein metallisches Substrat und Beschreibung wesentlicher Eigenschaften der daraus entstandenen Beschichtung.
10,0 g des oben beschriebenen Bindemittels „Siloxan B1" werden zusammen mit 4,0 g einer 10%igen Bentonepaste (käuflich erhältlich unter Elementis Bentone LT), mit 6,5 g Glimmer (käuflich erhältlich unter Microfine Minerals Mica SC) und mit 79,5 g eines für wässrige Beschichtung geeigneten Zinkpigments (käuflich erhältlich unter Larvik ZN 615) 30 min lang in einem Dissolver bei einer Schergeschwindigkeit von 15 m/s gerührt.
Vorzugsweise kurz vor der Anwendung werden zu dieser Mischung noch 10,0 g Wasser als zweite Komponente zugegeben und bei niedriger Geschwindigkeit eingerührt. Die dadurch hergestellte Farbe hat einen Festgehalt von ca. 88 % und eine Dichte von 2,9 g/ml. Durch die Wasserzugabe wird das vorher beschriebene Bindemittel aktiviert und sollte nun innerhalb der nächsten 24 Stunden verarbeitet werden.
Der Auftrag auf ein Stahlblech (oder alternativ auf andere me tallische Substrate bzw. Glas) kann über Spritzen, Rollen, Rakeln usw. erfolgen, die Nassschichtstärke ist in diesem Beispiel zu 100 μm gewählt, der Auftrag geschah hier auf einem Q-Panel Stahlblech mittels eines geeigneten Filmziehgerätes.
Die Trocknungszeit bis zu Grifffestigkeit des Lackes beträgt < 24 Stunden, der Trockengrad 3 wird mit kleiner 1 Stunde festgestellt. Der Lack vernetzt in dieser Zusammensetzung bereits bei einer Umgebungstemperatur von 20°C innerhalb kurzer Zeit und ist anschließend wasserfest. Die Wasserfestigkeit wurde mittels Wasser-Doppelriebe mit > 150 festgestellt. Neben der erreichbaren Wasserbeständigkeit der Beschichtung hat der Lack hat den weiteren Vorteil, dass er arm an Lösemitteln ist, so werden kleiner 50 g/l Lösemittel (VOC) bei Trocknung und Vernetzung abgespalten.
Die erfindungsgemäße wesentliche Eigenschaft des Bindemittels nach der Zugabe von Wasser ist, dass solch ein wasserbasierendes Bindemittel- und Lackgemisch in dieser Zusammensetzung bereits nach 24 Stunden wasserfest ist, also durch Wasser nicht mehr in seinem Aussehen oder in seiner Beständigkeit verändert werden kann.
Die Schichtdicke nach der Trocknung des Lackes dieser Zusammensetzung und nach dem Auftrag wie beschrieben betrug ca. 60 μm. Erhitzt man eine derartige Beschichtung in 100°C Schritten zu je einer Stunde bis 600°C, sind weder in der Hitze noch nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur Haftungsprobleme erkennbar, somit kann der Lack für wässrige, bei Raumtemperatur vernetzende wasserfeste Lacke, insbesondere Hochtemperaturlacke verwendet werden. Die so hergestellten und aufgetragenen Beschichtungen sind auch bei höheren Temperaturen sehr farbstabil und rauchen nur minimal. Des Weiteren ist solch ein Lack besonders korrosi onsbeständig und zeigt selbst nach 500 Stunden Salzsprühtest keine oder nur sehr geringe Korrosion.

Claims

Verfahren zur bei Umgebungstemperatur vernetzenden, filmbildenden Beschichtung harter Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass Dispersionen enthaltend (A) Salz von organischer oder anorganischer Säure und Orgasiliciumverbindung, welche SiC-gebundene Reste mit basischem Stickstoff in Mengen von mindestens 0,5 Gewichtsprozent basischem Stickstoff, bezogen auf das Gewicht dieser Organosiliciumverbindung, aufweist, gegebenenfalls (B) bei 20°C und 1020 hPa höchstens zu einem Gewichtsteil in 100 Gewichtsteilen Wasser löslichen Feststoff, gegebenenfalls (C) Organosiliciumverbindung mit basischem Stickstoff in Mengen von 0 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht dieser Organosiliciumverbindung, und (D) Wasser auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Zusammensetzungen hydrophoben Feststoff (B) in Mengen von 0,5 bis 10 Gewichtsteilen, je Gewichtsteil Bestandteil (A), aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Zusammensetzungen Komponente (C) enthalten.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzung Organosiliciumverbindung (C) in Mengen von 0,5 bis 15 Gewichtsteilen, je Gewichtsteil Komponente (A), eingesetzt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Zusammensetzungen Wasser (D) in Mengen von 0,1 bis 15 Gewichtsteilen, je Gewichtsteil der Mischung aus Bestandteil (A) und (C), enthalten.