DE102007040802A1 - VOC-arme aminoalkyl-funktionelle Siliciumverbindungen enthaltende Zusammensetzung für Streichfarben zur Behandlung von Papier oder Folie - Google Patents

VOC-arme aminoalkyl-funktionelle Siliciumverbindungen enthaltende Zusammensetzung für Streichfarben zur Behandlung von Papier oder Folie Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC)-armen bzw. im Wesentlichen an (VOC)-freien Zusammensetzung in Streichmittel, wobei die Zusammensetzung zumindest anteilig auf einer oder mehreren partiell oder vollständig hydrolysierten und optional kondensierten bzw. cokondensierten aminoalkyl- sowie oligo-silylierter-aminoalkyl-, alkoxy- bzw. hydroxy-funktionellen Siliciumverbindungen basiert und der Alkohol aus der Zusammensetzung zumindest anteilig entfernt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Zusammensetzung, wobei in der Zusammensetzung enthaltende aminoalkyl- bzw. oligo-silylierter-aminoalkyl-, hydroxy- und ggf. hydroxyfunktionellen Siliciumverbindungen ein Reaktionsprodukt aus der Umsetzung von (A) mindestens einem Aminoalkylalkoxysilan der allgemeinen Formel I NR'<SUB>2</SUB>[CH<SUB>2</SUB>)<SUB>2</SUB>NR<SUP>'</SUP>]<SUB>x</SUB>-Y-Si(R'')<SUB>n</SUB>(OR)<SUB>3-n</SUB>, worin Gruppen R, R'und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y eine bivalente Alkylengruppe aUB>2</SUB>-, -(CH<SUB>2</SUB>)<SUB>3</SUB>- oder -darstellt, x gleich 0, 1 oder 2 und n gleich 0 oder 1 sind, oder (B) mindestens einem bis-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel II (RO)<SUB>3-mUB>2</SUB>]<SUB>y</SUB>NR'[(CH<SUB>2</SUB>)<SUB>2</SUB>NR']<SUB>z</SUB>-Y-Si(R'')<SUB>n</SUB>(OR)<SUB>3-n</SUB>, worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer VOC-armen aminoalkylfunktionelle Siliciumverbindungen enthaltende Zusammensetzung für Streichfarben zur Behandlung von Papier oder Folie für Ink-Jet-Anwendungen, eine entsprechende Zusammensetzung als solche sowie deren Herstellung. (VOC = volatile organic compounds)
  • Aminosilane sind bekannt als wasserlösliche Haftvermittler, beispielsweise als so genannte Schlichte oder Primer in der Glasfaserindustrie.
  • Eine Reihe weiterer Applikationsgebiete für amino-funktionelle Silane bzw. Siloxane sind:
    Die Verwendung in Beschichtungssystemen, im Bereich Korrosionsschutz, für die biozide Ausrüstung von Oberflächen, bei der Holzbehandlung, bei der Herstellung elektrophotographischer Toner ( EP 0 992 857 B1 ), in der Papierindustrie ( EP 1 559 750 A2 , EP 1 408 155 A1 , EP 1 413 451 B1 ), als Bestandteil in Aminosiliconflüssigkeiten ( US 5 077 421 ), als Bestandteil in Epoxidharzen [Chemical Abstracts (1991) – CA 114: 83579s], für die Herstellung organisch modifizierter Gläser ( EP 0 223 987 A2 ), als Antikrebsmittel [Chemical Abstracts (1983) – CA 99: 133650c], zur Modifizierung von Glas- und Glasfaseroberflächen, bei der Abwasserbehandlung, für die Pigmentbehandlung, als Bestandteil in Katalysatoren sowie zu deren Herstellung ( US 4 053 534 ), als Flockungsmittel in Kleb- und Dichtstoffen oder Kabelanwendungen, um nur einige Beispiele zu nennen.
  • Darüber hinaus ist bekannt, amino-funktionelle, partiell hydrolysierte Alkoxysilanoligomere zur Minderung der Agglomeratbildung anorganischer Pulver einzusetzen. So ist aus der US 5 543 173 zu entnehmen, dass solche Zubereitungen auch erhebliche Mengen an Alkohol enthalten.
  • Kationische Organosilanpolykondensationsprodukte in alkoholischer Lösung sind beispielsweise aus US 5 591 818 bekannt. Bei der Herstellung der Hydrogensalze werden ausschließlich mono-silylierter Alkylamine eingesetzt.
  • Oligo-silylierte Alkylamine, wie Bis-(trialkoxysilyl-alkyl)amin oder Tris-(3-triethoxysilylpropyl)amin, oder deren Gemische sind in Wasser auch unter Zusatz von Säure nicht uneingeschränkt löslich. Darüber hinaus sind solche Lösungen in der Regel nicht lange beständig. Sie neigen zur Gel- bzw. Partikelbildung, was bei Applikation vermehrt zu Verstopfung von Düsen und somit zum Ausfall der Produktion und höheren Stillstandzeiten führen kann. Ferner werden dabei deutliche Mengen an Hydrolysealkohol frei.
  • WO 05/014741 offenbart alkoholische Aminosilan- bzw. Aminosiloxan-haltige d. h. VOC-reiche Zusammensetzungen sowie deren Verwendung für Farben und Lacke sowie zur Behandlung von Füllstoffen und Pigmenten.
  • Ferner sind aus US 2006/0013971 A1 für Materialen zur Ink-Jet-Anwendungen nur Aminosiliciumverbindungen und Alkohol enthaltende Zusammensetzung sowie darauf basierende Streichfarben offenbart.
  • Diesen Systemen ist gemeinsam, dass sie noch einen hohen Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), insbesondere Alkohole enthalten, was insbesondere bei der Herstellung von Inkjet spezifischen Papieren zu einer hohen Umweltbelastung führt, bzw. den Einsatz entsprechend aufwendiger Technik erfordert, diese zu vermeiden sowie Arbeitsschutz für die beteiligten Personen zu gewähren.
  • Weiter sind rein Wasser basierende Zusammensetzungen mit multifunktionellen Organopolysiloxanen als Haftvermittler bekannt, vgl. u. a. EP 0 675 128 B1 , EP 0 716 128 B1 und EP 1 101 787 A2 . Solche Polysiloxane tragen in der Regel keine Alkoxygruppen mehr, d. h. sie liegen vollständig hydrolysiert vor. Auch EP 0 716 127 A2 offenbart Organopolysiloxan-haltige Zusammensetzungen auf Wasserbasis, die u. a. für die Silanisierung von Füllstoffen, zur Hydrophobierung von Textilien, Leder, Zellulose- und Stärkeprodukten sowie als Zusatzstoffe für Farben und Lacke eingesetzt werden. Zwar sind solche Systeme nahezu beliebig mit Wasser verdünnbar, jedoch sind diese Systeme empfindlich hinsichtlich ihrer Beständigkeit und ihren Eigenschaften bei Zusatz weiteren Komponenten, z. B. bei Zugabe von Polyvinylalkohol (PVA), wie es beispielsweise bei der Herstellung von Streichfarben für die Beschichtung von Spezialpapier für Ink-Jet-Anwendungen eingesetzt wird.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine möglichst VOC-arme Zusammensetzung auf der Basis von Aminosilanen für die Herstellung von Streichfarben bereitzustellen. Insbesondere bestand das Anliegen solche Streichfarben zur Behandlung von Spezialpapier oder Folie für Ink-Jet-Anwendungen einzusetzen, ohne die Eigenschaften zu verschlechtern.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Angaben der Patentansprüche gelöst.
  • Es wurde überraschenderweise gefunden, dass man in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) arme bzw. im Wesentlichen an VOC-freie Zusammensetzung herstellen und vorteilhaft, da umweltschonend in Streichfarben, insbesondere für die Behandlung von Papier oder Folie für Ink-Jet-Anwendungen, einsetzen kann, wobei die besagte Zusammensetzung zumindest anteilig auf einer oder mehreren partiell oder voltständig hydrolysierten und optional kondensierten bzw. cokondensierten aminoalkyl- sowie oligo-silylierter-aminoalkyl-, alkoxy- bzw. hydroxy-funktionellen Siliciumverbindungen basiert und der Alkohol aus der Zusammensetzung zumindest anteilig entfernt ist.
  • Eine solche im Sinn der vorliegenden Erfindung zu verwendende Zusammensetzung kann vorteilhaft hergestellt werden, indem man den bzw. die aminofunktionellen, hydrolysierbaren Silaneinsatzstoffe vorlegt bzw. mischt, optional kann man ferner ein Löse- bzw. Verdünnungsmittel zusetzen, vorzugsweise den zu den bevorzugt eingesetzten Alkoxysilanen korrespondierenden Alkohol, weiter kann man optional eine organische oder anorganische Säure zugeben, wobei geeigneterweise ein Neutralisationsgrad der mono-silylierten Aminoalkyl- bzw. oligo-silylierten Aminoalkyl-Gruppen von 0 bis 125%, vorzugsweise von 0,01 bis 120%, besonders bevorzugt 70 bis 115%, ganz besonders bevorzugt 75 bis 110%, eingestellt wird, man die bevorzugt eingesetzten Alkoxysilane durch Zugabe einer definierten Menge von Wasser gezielt partiell oder vollständig hydrolysiert, wobei man in Summe 0,01 bis 1 000 Mol, vorzugsweise 0,1 bis 500 Mol, besonders bevorzugt 0,2 bis 250 Mol, ganz besonders bevorzugt 0,3 bis 100 Mol, insbesondere 0,5 bis 10 Mol Wasser pro Mol Si der hier eingesetzten Silane verwendet, man das Hydrolysat optional kondensieren sowie cokondensieren lässt, wobei entsprechende Organosiloxane als Kondensate bzw. Cokondensate der hier eingesetzten Siliciumverbindungen entstehen können, und man den Anteil an vorliegendem freien Alkohol bzw. leicht flüchtigen organischen Bestandteilen im Wesentlichen aus dem System entfernt, vorzugsweise durch Destillation, insbesondere unter leichtem Erwärmen und vermindertem Druck. Dabei kann man den Gehalt an unter Umgebungsbedingungen leicht flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), insbesondere an Alkoholen wie Methanol, Ethanol oder Isopropanol, in der Zusammensetzung auf einen Gehalt von kleiner gleich 1 Gew.-%, insbesondere kleiner gleich 0,5 Gew.-%, d. h. bis hin zur Nachweisgrenze (Wasserbestimmung beispielsweise nach Karl-Fischer oder mittels GC-Analyse), bezogen auf die Zusammensetzung, einstellen. Sofern man bei der Umsetzung auf den Zusatz von Säure verzichtet oder den Neutralisationsgrad vorliegender Aminogruppen verändern oder den pH-Wert in der vorliegenden Zusammensetzung absenken möchte oder die Zusammensetzung weiterverarbeiten möchte, kann man der besagten Zusammensetzung auch im Anschluss an die Herstellung Säure zusetzen. Man kann aber ganz auf den Zusatz von Säure in eine erfindungsgemäß verwendbare Zusammensetzung verzichten. So kann man eine VOC-arme, d. h. im Wesentlichen VOC-freie erfindungsgemäß verwendbare Zusammensetzung bereitstellen und vorteilhaft als Basis für eine Streichfarbe einsetzen, wobei man eine solche auf einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung basierenden Streichfarbe in ausgezeichneter Weise zur Behandlung von Papier oder Folie, insbesondere für Ink-Jet-Anwendungen, einsetzen kann.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung einer an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) armen bzw. im Wesentlichen an VOC-freien Zusammensetzung in Streichfarben, wobei die Zusammensetzung zumindest anteilig auf einer oder mehreren partiell oder vollständig hydrolysierten und optional kondensierten bzw. cokondensierten aminoalkyl- sowie oligo-silylierter-aminoalkyl-, alkoxy- bzw. hydroxy-funktionellen Siliciumverbindungen basiert und der Alkohol aus der Zusammensetzung zumindest anteilig entfernt ist.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäß verwendbaren Zusammensetzung,
    indem man
    • (A) mindestens ein Aminoalkylalkoxysilan der allgemeinen Formel I NR'2[(CH2)2NR']x-Y-Si(R'')n(OR)3-n (I),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, x gleich 0, 1 oder 2 und n gleich 0 oder 1 sind, oder
    • (B) mindestens ein bis-silyliertes Alkylamin der allgemeinen Formel II (RO)3-m(R'')mSi-Y-[NR'(CH2)2]yNR'[(CH2)2NR']z-Y-Si(R'')n(OR)3-n (II),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Gruppen Y gleich oder verschieden sind und Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, y und z unabhängig gleich 0, 1 oder 2 sowie m und n unabhängig gleich 0 oder 1 sind, oder
    • (C) mindestens ein tris-silyliertes Alkylamin der allgemeinen Formel III N[-Y-Si(R'')n(OR)3-n]3 (III),worin Gruppen R und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y unabhängig eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt und n unabhängig gleich 0 oder 1 ist, oder
    • (D) mindestens zwei der zuvor genannten silylierten Alkylamine der allgemeinen Formel I, II sowie III mit einer definierten Menge an Wasser und optional unter Zusatz einer Säure hydrolysiert sowie kondensiert bzw. cokondensiert und den freien Alkohol im Wesentlichen aus dem System entfernt.
  • In der vorliegenden Patentanmeldung sollen unter mono-silylierten Aminen solche gemäß den Formeln I verstanden werden. Unter oligo-silylierten Aminen sind insbesondere solche zu verstehen, die zwei und mehr als zwei Silylgruppen an einer Aminogruppe bzw. Alkylamin tragen, beispielsweise gemäß Formel II (bis-silyliert) oder Formel III (tris-silyliert) und/oder entsprechende Verbindungen, die auch cyclisiert vorliegen können.
  • Bei der Herstellung einer erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzung setzt man als Aminoalkylalkoxysilane der allgemeinen Formel I bevorzugt
    H2N(CH2)3Si(OCH3)3 (AMMO),
    H2N(CH2)3Si(OC2H5)3 (AMEO),
    H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3 (DAMO),
    H2N(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3 (TRIAMO),
    sowie ggf. hierzu entsprechende s. g. cyclische Verbindungen ein.
  • Als Verbindungen gemäß Formel II bevorzugt man
    (H3CO)3Si(CH2)3NH(CH2)3Si(OCH3)3 (Bis-AMMO),
    (H5C2O)3Si(CH2)3NH(CH2)3Si(OC2H5)3 (Bis-AMEO),
    (H3CO)3Si(CH2)3NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3 (Bis-DAMO),
    (H3CO)3Si(CH2)3NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3 (Bis-TRIAMO),
    sowie als Verbindungen gemäß Formel III
    N[CH2)3Si(OCH3)3]3 (Tris-AMMO)
    N[CH2)3Si(OC2H5)3]3 (Tris-AMEO).
  • So wählt man für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt mindestens eine Komponente (A) aus der Reihe AMMO, AMEO, DAMO, TRIAMO, 3-(N-Alkylamino)propyltrialkoxysilan, wobei Alkyl Methyl, Ethyl, n-Propyl oder n-Butyl sowie Alkoxy Methoxy oder Ethoxy bedeutet,
    eine bevorzugte Auswahl der Komponente (B) kann aus der Reihe Bis-AMMO, Bis-AMEO, Bis-DAMO sowie
    Komponente (C) aus der Reihe Tris-AMMO, Tris-AMEO erfolgen.
  • Ebenfalls kann man beim erfindungsgemäßen Verfahren Gemische, die Verbindungen der allgemeinen Formeln I, II, und/oder III enthalten, vorteilhaft einsetzen. Auch können solche erfindungsgemäß einsetzbaren Gemische so genannte Ankondensationsprodukte besagter Aminoalkoxysilane enthalten. Unter Ankondensationsprodukten bzw. Reaktionsprodukten von Aminoalkoxysilanen der allgemeinen Formeln I, II und/oder III werden geeigneterweise solche dimeren, trimeren, tetrameren oder höheren oligomeren Produkte verstanden, die in der Regel durch Kondensation bzw. Cokondensation und/oder Vorhydrolyse der jeweiligen Monomeren unter Abspaltung von Alkohol entstehen. In entsprechenden Kondensaten bzw. Cokondensaten sind somit die Eduktkomponenten über Si-O-Si-Bindungen verknüpft. Es ist ferner bekannt, dass ein Cyclus bei Hydrolyse oder Alkoholyse öffnet und das entsprechende Aminoalkylalkoxysilan bzw. -silanol erhalten wird. Ebenso können Verbindungen der allgemeinen Formel II in cyclischer bzw. bicyclischer Form vorliegen und als solche beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
  • Ebenfalls ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine erfindungsgemäß verwendbare Zusammensetzung, wobei in der Zusammensetzung enthaltende aminoalkyl- bzw. oligo-silylierter-aminoalkyl-, hydroxy- und ggf. alkoxy-funktionellen Siliciumverbindungen ein Reaktionsprodukt aus der Umsetzung, d. h. der partiellen oder vollständigen Hydrolyse sowie ggf. Kondensation bzw. Cokondensation, von
    • (A) mindestens einem Aminoalkylalkoxysilan der allgemeinen Formel I NR'2[(CH2)2NR']x-Y-Si(R'')(OR)3-n (I),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, x gleich 0, 1 oder 2 und n gleich 0 oder 1 sind, oder
    • (B) mindestens einem bis-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel II (RO)3-m(R'')mSi-Y-[NR'(CH2)2]yNR'[(CH2)2NR']z-Y-Si(R'')n(OR)3-n (II),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Gruppen Y gleich oder verschieden sind und Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, y und z unabhängig gleich 0, 1 oder 2 sowie m und n unabhängig gleich 0 oder 1 sind, oder
    • (C) mindestens einem tris-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel III N[-Y-Si(R'')n(OR)3-n]3 (III),worin Gruppen R und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y unabhängig eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt und n unabhängig gleich 0 oder 1 ist, oder
    • (D) mindestens zwei der zuvor genannten silylierten Alkylamine der allgemeinen Formel I, II sowie III darstellen und der Gehalt an freiem Alkohol in der Zusammensetzung kleiner gleich 1 Gew.-%, vorzugsweise kleiner gleich 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, beträgt.
  • Bei der Umsetzung entsteht nach chemischem Verständnis im Wesentlichen ein Gemisch Aminogruppen-haltiger Alkoxy-/Hydroxy-Silane und/oder Silanole sowie darauf basierender Kondensations- und Cokondensationsprodukte (entsprechende lineare, verzweigte, cyclische sowie ggf. raumvernetzte Siloxane) ausgehend von Verbindungen der allgemeinen Formeln I, II oder III und/oder entsprechender Ankondensationsprodukte. Besonders bevorzugt sind jedoch Zusammensetzungen, in denen entsprechende amoinofunktionelle Siliciumverbindungen vorliegen, die jeweils vollständig hydrolysiert sind, d. h. im Wesentlichen keine Alkoxygruppen mehr tragen, so, dass in Gegenwart von Wasser kann Hydrolysealkohol freigesetzt wird.
  • Bevorzugt führt man bei der Herstellung einer erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzung die Umsetzung, insbesondere Hydrolyse sowie Kondensation bzw. Cokondensation, bei einer Temperatur < 100°C, vorzugsweise von 10 bis 80°C, besonders bevorzugt von 15 bis 60°C, insbesondere von 20 bis 50°C, durch.
  • Optional kann man dabei eine organische oder anorganische Säure einsetzen. So kann man vorteilhaft Chlorwasserstoffsäure (HCl bzw. wässrige Salzsäure) oder wässrige Essigsäure oder wässrige Ameisensäure verwenden, wobei der dadurch eingebrachte Anteil an Wasser gleichzeitig der zur erfindungsgemäß einzubringenden Wassermenge für die gezielte Hydrolyse der Alkoxysilane zuzurechnen ist. Ein Zusatz an Säure kann aber auch im Anschluss an die Herstellung der vorliegenden Zusammensetzung erfolgen, wobei man bevorzugt auf einen pH-Wert von 2 bis 6, insbesondere von 3 bis 5 einstellt.
  • Insbesondere erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren eine destillative Aufarbeitung des Produktgemischs aus der Umsetzung, d. h. aus dem erhaltenen Produktgemisch destilliert man vorzugsweise unter leichtem Erwärmen und unter vermindertem Druck die unter Umgebungsbedingungen ansonsten leicht flüchtigen Bestandteile, insbesondere den Hydrolysealkohol sowie ggf. zugesetztes Löse- bzw. Verdünnungsmittel, zumindest anteilig ab. Ggf. kann man dabei die Menge an flüchtigen Bestandteilen, die aus dem System entfernt werden, durch die volumenmäßig gleiche Menge an Wasser und/oder Säure ersetzen.
  • So kann eine erfindungsgemäße Zusammensetzung vorzugsweise einen Gehalt an organischer oder anorganischer Säure aufweisen, wobei geeigneterweise ein Neutralisationsgrad der Aminoalkyl- und oligo-silylierten Aminoalkyl-Gruppen von 0 bis 125%, vorzugsweise 0,1 bis 120%, besonders bevorzugt 70 bis 115%, ganz besonders bevorzugt 75 bis 110%, bezogen auf die Aminzahl, vorliegt. Die Bestimmung der Aminzahl kann in der Regel nach DIN 32 625 (potentiographische Titration mit HCl) durchgeführt werden.
  • Bevorzugt handelt es sich bei der verwendeten Säure um eine anorganische oder organische Säure, insbesondere Salzsäure, Essigsäure oder Ameisensäure, wobei die aminoalkyl- und oligo-silylierten-amionalkyl-funktionellen Siliciumverbindungen in der vorliegenden Zusammensetzung nach chemischem Verständnis zumindest anteilig als kationisches Amingemisch vorliegen, d. h. dass eine erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzung bevorzugt einen Gehalt an Säure und/oder ein entsprechendes Salz aus Säure und einer der vorliegenden aminofunktionellen Verbindungen aufweist.
  • Der pH-Wert einer erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzung liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 11, besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 6,5, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3,0 bis 6,0, insbesondere zwischen 3,5 und 5,0.
  • Erfindungsgemäße Zusammensetzungen zeichnen sich darüber hinaus in der Regel durch eine Viskosität von 2 bis 1000 mPa s, vorzugsweise 3 bis 500 mPa s, besonders bevorzugt von 4 bis 250 mPa s aus, wobei die Viskosität beispielsweise gemäß DIN 53 015 bestimmt werden kann.
  • Insbesondere zeichnen sich die erfindungsgemäß verwendbaren Zusammensetzungen durch eine besonders gute Wasserlöslichkeit aus.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet man bevorzugt eine Zusammensetzung, wobei mindestens eine Siliciumverbindung der in der Zusammensetzung enthaltenen aminoalkyl- bzw. oligo-silylierter-aminoalkyl-, hydroxy- und ggf. hydroxy-funktionellen Siliciumverbindungen ein Reaktionsprodukt aus der Umsetzung, d. h. der partiellen oder vollständigen Hydrolyse sowie ggf. Kondensation bzw. Cokondensation, von
    • (A) mindestens einem Aminoalkylalkoxysilan der allgemeinen Formel I NR'2[(CH2)2NR']x-Y-Si(R'')n(OR)3-n (I),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, x gleich 0, 1 oder 2 und n gleich 0 oder 1 sind, oder
    • (B) mindestens einem bis-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel II (RO)3-m(R'')mSi-Y-[NR'(CH2)2]yNR'[(CH2)2NR']z-Y-Si(R'')n(OR)3-n (II),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Gruppen Y gleich oder verschieden sind und Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, y und z unabhängig gleich 0, 1 oder 2 sowie m und n unabhängig gleich 0 oder 1 sind, oder
    • (C) mindestens einem tris-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel IV N[-Y-Si(R'')n(OR)3-n]3 (III),worin Gruppen R und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y unabhängig eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt und n unabhängig gleich 0 oder 1 ist, oder
    • (D) mindestens zwei der zuvor genannten silylierten Alkylamine der allgemeinen Formel I, II sowie III darstellt.
  • So bevorzugt man im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Zusammensetzung, die einen Gehalt an mindestens einer zumindest partiell hydrolysierten Siliziumverbindung von 0,1 bis 99,5 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, aufweist.
  • So weisen erfindungsgemäß verwendbare Zusammensetzungen insbesondere einen Wirkstoffgehalt an kationischen amino-funktionellen Siliciumverbindungen bzw. besagten Reaktionsprodukten von 0,1 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 60 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, auf.
  • Dabei kann die erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzung einen Gehalt an Wasser von 99,9 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, aufweisen, wobei alle Bestandteile in der Zusammensetzung in Summe 100 Gew.-% ergeben.
  • Eine erfindungsgemäße Zusammensetzung stellt in vorteilhafter Weise die Basis für eine Streichfarbe dar, die in der Regel weitere Komponenten, wie Binder, z. B. Polyvinylalkohol (PVA), Stärke, Gelantine, Acrylat-Latices etc., vorzugsweise nanoskalige Metalloxide, wie pyrogene Kieselsäure, fein vermahlene gefällte Kieselsäure, Vernetzer, z. B. Borsäure, Glyoxal-Verbindungen, optische Aufheller, Prozesshilfsmittel, wie Entschäumer, Oberflächen aktive Substanzen, um nur einige zu nennen, enthält.
  • So verwendet man vorzugsweise eine Streichfarbe, welche mindestens ein Metalloxid, vorzugsweise pyrogene Kieselsäure, das eine durchschnittliche Korngröße von weniger als 1 μm, insbesondere von 50 bis 400 nm, besonders bevorzugt von 90 bis 200 nm (Median-Wert, Bestimmung beispielsweise mit statischer Lichtstreuung) aufweist und in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, enthält.
  • Darüber hinaus enthält eine Streichfarbe, die im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet wird, vorteilhaft zumindest partiell hydrolysierte aminofunktionelle Siliciumverbindungen in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 2 bis 7 Gew.-%, besonders bevorzugt von 4 bis 6%, bezogen auf das in der Streichfarbe eingesetzte Streichpigment (Metalloxid).
  • Bevorzugt verwendet man das vorliegende Streichmittel für die Beschichtung von Papier oder Folie, wobei man die Streichfarbe vorteilhaft auf die Oberfläche einer Folie oder eines Papiers, insbesondere eines mit Polyethylen (PE) modifizierten Spezialpapiers, aufträgt und trocknet bzw. aushärtet.
  • So kann man ein Papier oder eine Folie, das unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung bzw. einer besagten Streichfarbe erhältlich ist, besonders umweltfreundlich für Ink-Jet-Anwendungen und/oder als Fotopapier bzw. als Folie für Fotodrucke einsetzen.
  • Im Allgemeinen kann man die vorliegende Erfindung wie folgt ausführen:
    Zur Herstellung einer besagten Zusammensetzung kann man zunächst mindestens eine der besagten Aminosilane gemäß (A), (B) oder (C) vorlegen, ggf. unter Zusatz von Alkohol und/oder Säure mischen, gezielt Wasser zusetzen sowie unter Temperaturkontrolle und guter Durchmischung die vorliegenden Alkoxysilane zumindest partiell hydrolysieren bzw. kondensieren oder cokondensieren. Vorteilhaft entfernt man anschließend VOC-Anteile, insbesondere Alkohol, aus einer erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzung durch Destillation.
  • Man kann aber auch eine definierte Menge an Wasser, das gegebenenfalls angesäuert ist und Alkohol enthalten kann, vorlegen und dosiert das gewünschte Aminosilan bzw. Aminosilangemisch unter Temperaturkontrolle und guter Durchmischung. Im Anschluss an die Umsetzung destilliert man bevorzugt die leicht flüchtigen Bestandteile, insbesondere Alkohol, zumindest anteilig ab und kann – sofern erforderlich – den pH-Wert durch Zusatz von Säure anpassen.
  • Die Herstellung einer besagten Zusammensetzung kann in der Regel unter Schutzgasabdeckung erfolgen.
  • Eine so erhaltene Zusammensetzung kann vorteilhaft die Basis für die Herstellung einer Metalloxiddispersion bilden, insbesondere einer Dispersion von pyrogener Kieselsäure. Dazu kann man die Zusammensetzung schrittweise zu einer Dispersion des Metalloxids, beispielsweise einer Dispersion pyrogener Kieselsäure zugeben, und achtet geeigneterweise darauf, dass der pH-Wert vorzugsweise bei ca. 3 bis 6, insbesondere bei rd. pH 4 verbleibt. Dies kann durch Zugabe mineralischer Säuren, wie HCl, aber auch organischer Säuren, wie Essigsäure oder Ameisensäure, geschehen. Anschließend lässt man die Zubereitung bei erhöhter Temperatur sowie ggf. unterstützt durch Ultraschall unter Rühren reagieren. Die Dispersion kann anschließend filtriert werden, um unerwünschte Grobanteile zu entfernen.
  • Die so erhaltene Dispersion kann vorteilhaft als Basis für die Herstellung einer Streichfarbe eingesetzt werden. Dazu kann man die Dispersion unter Rühren zu einer Lösung des Binders, z. B. PVA, sowie weiterer Streichfarbenadditive, wie Vernetzer, z. B. Borsäure, Glyoxal-Verbindungen, optische Aufheller, Prozesshilfsmittel, wie Entschäumer, oberflächenaktive Substanzen, um nur einige zu nennen, geben.
  • Die Streichfarbe kann mit Hilfe bekannter Beschichtungstechnologien, wie Rakel, Kontaktstreichen, z. B. Blade Coating, sowie kontaktlose Gusstechnologien, z. B. Slide Coating, Curtain Coating = Vorhangstreichen, auf Papier oder Folie aufgebracht und entsprechend getrocknet werden. Damit kann man, vorzugsweise bei optiertem Verhältnis von Binder und Streichpigment, eine mikroporöse Beschichtung erzeugen, die in der Lage ist, Tintentropfen mit hoher Geschwindigkeit aufzusaugen. Die durch die Aminosilan-Komponente positiv aufgeladene Oberfläche der Streichpigmente kann dabei die negativ aufgeladenen Tintenfarbstoffe oder -Pigmente besonders gut binden und führt so zu wasserfesten Ausdrucken.
  • Somit zeichnen sich erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzungen bei Applikation und Anwendung von entsprechend behandeltem Papier bei Ink-Jet-Anwendungen in hervorragender Weise durch ein ausgezeichnetes Haftvermögen und eine hohe Umweltverträglichkeit aus. So kann der Anteil an freigesetztem Alkohol bei Ink-Jet-Anwendungen nochmals deutlich und damit vorteilhaft reduziert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne den Gegenstand zu beschränken. Beispiele
    Technische Daten Bestimmungsmethode gemäß
    Dichte DIN 51 757
    Viskosität DIN 53 015
    Farbzahl ISO 4630
    pH DIN 19 268 (20°C, 1 000 g/l)
    Flammpunkt EN 22 719
  • Zur Auswertung der vorliegenden Beispiele wurden insbesondere folgende Bestimmungsmethoden verwendet:
  • Bestimmung des freien Alkoholgehalts:
  • Die Alkohol-Bestimmung wurde mittels GC durchgeführt.
    Säule: RTX 200 (60 m)
    Temperaturprogramm: 80-10-25-240-0
    Detektor: FID
    Injektionsmenge: 1,0 μl
    Interner Standard: 2-Butanol
  • Trockenrückstand:
  • Der Feststoffgehalt der wässrigen Silansysteme wird wie folgt bestimmt:
    1 g der Probe wird in eine kleine Porzellanschale eingewogen und bei 105°C bis zur Gewichtskonstanz im Trockenschrank getrocknet.
  • SiO2-Gehalt:
  • 1,0 bis 5,0 g der Probe wird in einem 400-ml-Becherglas mit einer Kjeldahl-Tablette und 20 ml Schwefelsäure versetzt und zunächst langsam erhitzt. Dabei wird das Becherglas mit einem Uhrglas abgedeckt. Die Temperatur wird erhöht bis die Schwefelsäure stark raucht und alle organischen Bestandteile zerstört sind und die Lösung klar und hell bleibt. Die kalte Aufschlusslösung wird mit dest. Wasser auf ca. 200 ml verdünnt und kurz aufgekocht (Wasser am Rande des Becherglases unter die Säure fließen lassen). Der Rückstand wird durch ein Weißbandfilter filtriert und mit heißem Wasser gewaschen, bis das Waschwasser einen pH-Wert von > 4 anzeigt (pH-Papier). Der Filter wird in einem Platintiegel getrocknet, verascht und 1 Stunde bei 800°C im Muffelofen geglüht. Der Rückstand wird nach dem Wiegen mit Flusssäure abgeraucht, der Tiegel mittels eines Gebläsebrenners geglüht und gegebenenfalls nochmals bei 800°C geglüht und nach dem Abkühlen gewogen. Die Differenz beider Wägungen entspricht dem Gehalt an SiO2.
    Auswertung: D × 100/E = Gew.-% SiO2
    D = Gewichtsdifferenz vor und nach dem Abfluorieren in mg
    100 = Umrechnung auf %
    E = Einwaage in mg
  • Methanol nach Hydrolyse:
  • Etwa 5 g Probe werden in einen 500 ml Schlifferlenmeyerkolben genau eingewogen und mit 25 ml Schwefelsäure (w = 20%) unter Schütteln bis zur klaren Lösung hydrolysiert.
  • Nach Zugabe von 75 ml Wasser wird die Probe mit Natronlauge (w = 20%) neutralisiert und in eine geeigneten Apparatur wasserdampfdestilliert. Das Destillat wird in einem 250-ml-Messkolben aufgefangen. Nach Zusatz von 2-Butanol als internem Standard wird die Probe mit dest. Wasser bis zur Marke aufgefüllt.
  • Die Alkohol-Bestimmung erfolgt mittels GC.
    Säule: RTX 200 (60 m)
    Temperaturprogramm: 90-10-25-240-0
    Detektor: FID
    Injektionsmenge: 1,0 μl
    Interner Standard: 2-Butanol
  • Beispiel 1
  • Zusammensetzung mit reduziertem VOC-Gehalt
  • In einer Rührapparatur mit Dosiervorrichtung und Rückflusskühler wurden unter Stickstoffatmosphäre 470,6 g Dynasylan® 1189 [N-(n-Butyl)-3-aminopropytrimethoxysilan, Hersteller: Degussa GmbH] und 80,0 g Methanol vorgelegt. Anschließend wurden über eine Dosiervorrichtung eine Mischung bestehend aus 28,8 g H2O und 28,8 g Methanol innerhalb von 10 Minuten zudosiert (molares Hydrolyseverhältnis Si:H2O = 1:0,8). Die Temperatur stieg dabei von 28°C auf 50°C an. Es wurde 3 h lang bei 60°C gerührt. Danach wurde bei ca. 200 mbar 208,89 g Methanol abdestilliert. Die Auswaage des Rückstandes/Produkt betrug 394,87 g.
  • Es wurde eine klare, leicht gelbliche Flüssigkeit erhalten, die lagerstabil ist.
    SiO2-Gehalt: 29,6% (Masse)
    Methanol (nach Hydrolyse): 19,5% (Masse)
    Viskosität (20°C): 26 mPa s
    Dichte (20°C): 0,996 g/cm3
  • Beispiel 2
  • Zusammensetzung mit reduziertem VOC-Gehalt
  • In einer Rührapparatur mit Dosiervorrichtung und Rückflusskühler wurden unter Stickstoffatmosphäre 470,6 g Dynasylan® 1189 und 80,0 g Methanol vorgelegt. Anschließend wurden über die Dosiervorrichtung eine Mischung bestehend aus 43,20 g H2O und 43,20 g Methanol innerhalb von 10 Minuten zudosiert (molares Hydrolyseverhältnis Si:H2O = 1:1,2). Die Temperatur stieg dabei von 28°C auf 56°C an. Es wurde 3 h lang bei 60°C gerührt. Danach wurde bei ca. 200 mbar 263,50 g Methanol abdestilliert. Die Auswaage des Rückstandes/Produkt betrug 357,77 g.
  • Es wird eine klare, viskose, leicht gelbliche Flüssigkeit erhalten, die lagerstabil ist.
    SiO2-Gehalt: 32,0% (Masse)
    Methanol (nach Hydrolyse): 9,2% (Masse)
    Viskosität (20°C): 187 mPa s
    Dichte (20°C): 1,027 g/cm3
  • Beispiel 3
  • Eine im Wesentlichen VOC-freie Zusammensetzung
  • In einer Rührapparatur mit Dosiervorrichtung und Rückflusskühler wurden unter Stickstoffatmosphäre 498,2 g Wasser und 55,0 g Ameisensäure (konz. HCOOH = 85%) vorgelegt. Anschließend wurden über die Dosiervorrichtung 235,7 g Dynasylan® 1189 zudosiert. Der pH-Wert lag bei 4,8. Es wurde 3 h lang bei 60°C gerührt. Danach wurde bei ca. 130–200 mbar ein Methanol/Wasser-Gemisch abdestilliert. Die Auswaage des Rückstandes betrug 589,0 g.
  • Es wurde eine klare, leicht gelbliche Flüssigkeit erhalten, die einen pH-Wert von 5,3 aufweist und lagerstabil ist.
    SiO2-Gehalt: 9,2% (Masse)
    Flammpunkt: > 100°C
    Freies Methanol: 0,5% (Masse)
    Viskosität (20°C): 11 mPa s
    Dichte (20°C): 1,070 g/cm3
    Trockenrückstand 105°C: 36,2% (Masse)
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Dispersion mit Dynasylan® 1189 inkl. Methanol
    • N-Butylaminopropyltrimethoxysilan, (C7H16N)Si(OCH3)3, 235 g/mol, durch Hydrolyse freisetzbares Methanol: 48,5%
  • Geräte:
    • Rotor-Stator-Systems (Ultra-Turrax)
    • Doppelmanteltopf 3 Liter
    • Dissolver zum Einrühren des AEROSIL® 200
    • Polytron (Rotor-Stator) Dispergiergerät
    • Rührer, 2 Tropftrichter zum Zutropfen der Silanlösung sowie der HCl-Lösung
    • Beheizbares Ultraschallbad (40 W Ultraschall-Leistung)
    • 500 μm Sieb
  • 1 600 g VE Wasser wurden vorgelegt und darin 400 g AEROSIL® 200 mit dem Dissolver eingerührt, mit 5 g 18%iger HCl wurde angesäuert bis zu einem pH 2,1, mit dem Polytron wurde 15 min bei 10.000 rpm dispergiert. Der Feststoffgehalt wurde zu 20,07% bestimmt.
  • Erneut Dissolver 2 000 rpm, dort Zutropfen von 98,6 g Dynasylan®1189 als 20%ige Lösung in Methanol, gleichzeitig wurde der pH durch tropfenweise Zugabe von 18%iger HCl zwischen pH 3–4 gehalten (insg. 13 g, Dispersion geliert bei pH > 4). Weitere 15 min Reaktionszeit bei 2 000 rpm, danach 60 min im Ultraschallbad bei 80°C (mit Deckel), abkühlen und filtrieren über ein 500 μm – Sieb.
    Methanolgehalt der Dispersion: 88,4 g = 4.2%
  • Die Viskosität der so hergestellten Dispersionen wurde nach 24 h mit einem Brookfield-Viskosimeter gemessen.
  • Beispiel 4
  • Dispersion mit der Zusammensetzung aus Beispiel 3
  • Durchführung analog zu Vergleichsbeispiel 1, mit dem Unterschied, dass 41,3 g der Zusammensetzung aus Beispiel 3 als 40%ige Lösung in Wasser, pH 4,1, VPS Hydrosil 2930, als Silan-Komponente verwendet wurden. Es wurden ferner 8 g HCl eingesetzt.
    Methanolgehalt der Dispersion: kein Methanol nachgewiesen
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Dispersion mit Dynasylan® Hydrosil 2627 (im Wesentlichen frei von Alkohol, vgl. EP 0 716 127 A2 )
  • Analog zum Vergleichsbeispiel 1, mit dem Unterschied, dass 94 g Dynasylan® Hydrosil 2627 (verdünnt auf 20%ige Lösung in Wasser) als Silan-Komponente verwendet werden. Es werden 13 g HCl benötigt.
  • Beispiel 5
  • Dispersion mit „1189-Oligomer" aus Beispiel 1
    • partiell hydrolysiertes VPS „1189-oligomerer", (C7H16N)SiO0 . 8(OCH3)1 . 4, 203,4 g/mol, durch Hydrolyse freisetzbares Methanol 26,1%
  • Analog zum Vergleichsbeispiel 1, mit dem Unterschied, dass 85,3 g Oligomer (20%ige Lösung in Wasser, pH 4,0) als Silan-Komponente verwendet wurden. Es wurden 7 g HCl eingesetzt.
    Methanolgehalt der Dispersion: 4,45 g = 0,2%
  • Beispiel 6
  • Dispersion mit „1189-Oligomer" aus Beispiel 2
    • teilweise hydrolysiertes VPS „1189-oligomerer", (C7H16N)SiO1. 2(OCH3)0.4, 183.4 g/mol, durch Hydrolyse freisetzbares Methanol 8,3%
  • Analog zum Vergleichsbeispiel 1, mit dem Unterschied, dass 77,0 g Oligomer (20%ige Lösung in Wasser, pH 4,2) als Silan-Komponente verwendet wurde. Es wurden 7,5 g HCL eingesetzt.
    Methanolgehalt der Dispersion: 1,28 g = 0,06% Tabelle 1 Daten der modifizierten Kieselsäure-Dispersionen aus den Vergleichsbeispielen 1 und 2 sowie den Beispielen 1 bis 3, vgl. Beispiele 4 bis 6
    Dispersion 1 mit Zusammen -setzung aus Vergleichsbeispiel 1: Dispersion 2 mit Zusammen -setzung aus Beispiel 3: Dispersion 3 mit Zusammen -setzung aus Vergleichsbeispiel 2: Dispersion 4 mit Zusammen -setzung aus Beispiel 1: Dispersion 5 mit Zusammen -setzung aus Beispiel 2:
    4,25% MeOH VOC-frei VOC-frei 0,2% MeOH 0,06% MeOH
    pH-Wert 2,4 3,3 2,1 3,0 3,0
    Feststoffgehalt w 0,21 0,23 0,20 0,22 0,23
    20 UPM; Sp.2 104 mPa s 132 mPa s 84 mPa s 160 mPa s 184 mPa s
    50 UPM; Sp.2 88 mPa s 116 mPa s 88 mPa s 164 mPa s 188 mPa s
    100 UPM: Sp.2 120 mPa s 124 mPa s 96 mPa s 160 mPa s 172 mPa s
    • UPM = Umdrehungen pro Minute des Brookfield-Viskosimeters
  • Anwendungsbeispiel
  • Herstellung einer Ink-Jet-Streichfarbe:
  • Aus den wässrigen Dispersionen, vgl. Tabelle 1, wurden Ink-Jet-Streichfarben hergestellt.
  • Die Dispersionen aus den Beispielen und Vergleichsbeispiel wurden am Dissolver bei 500 rpm mit einer 13%igen Lösung von Polyvinylalkohol (Feststoff, Abkürzung PVA) Mowiol 40–88 der Fa. Clariant innerhalb von 10 min vermischt. Das Verhältnis beim Zusammenfügen wurde so berechnet, dass sich eine – bezogen auf den Feststoff (pyrogenes Oxid + PVA) – 18-prozentige Dispersion C ergab im Verhältnis 4:1 (100:25 Aerosil® zu PVA und gegebenenfalls Wasserzugabe) Die Viskosität dieser Dispersion C, der Ink-Jet-Streichfarbe, wurde nach 24 h mittels eines Brookfield-Viskosimeters gemessen. Tabelle 2 Viskosität der Streichfarben gemessen nach 24 h:
    Streichfarbe 1 aus Dispersion 1 („4,25% MeOH") Streichfarbe 2 aus Dispersion 2 („VOC-frei") Streichfarbe 3 aus Dispersion 3 („VOC-frei") Streichfarbe 4 aus Dispersion 4 („0,2% MeOH") Streichfarbe 5 aus Dispersion 5 („0,06% MeOH")
    Feststoffgehalt der Streichfarbe (pyrogenes Oxid mit Silan + PVA) Gew.-% 17,45 18,64 Nicht herstellbar! 18,21 17,93
    Viskosität [mPa s] bei 100 UPM und 50°C 480 360 n. a. 430 330
  • Diese Streichfarben wurden mit Hilfe eines profilierten Rakelstabes auf ein Photobasispapier (Dicke 300 Mikrometern) aufgetragen. Die Nassfilmdicke der Streichfarbe betrug 110 Mikrometer. Die Beschichtung wurde bei 105°C für 8 Minuten getrocknet.
  • Die Papiere mit der aufgebrachten Beschichtung wurde auf einem Epson Stylus Photo R240 mit höchster Auflösung bedruckt. Tabelle 3 Bewertung des Druckergebnisses:
    Bewertete Eigenschaft Beschichtung 1 aus Streichfarbe 1 Beschichtung 2 aus Streichfarbe 2 Beschichtung 3 aus Streichfarbe 4 Beschichtung
    4 aus
    Streichfarbe 5
    Bewertung Note Bewertung Note Bewertung Note Bewertung Note
    Farbintensität Gut 2 Gut 2 Gut 2 Gut 2
    Auflösung Gut 2 Gut 2 Gut 2 Gut 2
    Farbverlauf (Bleeding) Kein Bleeding 1 Kein Bleeding 1 Kein Bleeding 1 Kein Bleeding 1
    Farbverschiebung Gut 2 Gut 1,5 Gut – Sehr Gut 1,5 Gut – Sehr Gut 1,75
    Durchschnitt Gut 1,75 Gut 1,625 Gut 1,625 Gut 1,688
    • Beste Note 1, schlechteste Note 6:
  • In der Summe aller Eigenschaften der Beschichtungen zeigten alle Beschichtungen annähernd die exakt gleichen Werte auf.
  • Die Viskositäten der mit den verschiedenen Dispersionen hergestellten Streichfarben waren im Wesentlichen vergleichbar. Hier ergab sich kein Nachteil der Methanolreduzierung.
  • Mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bzw. Dispersion/Streichfarbe ist es somit möglich eine Beschichtung zu schaffen, die trotz deutlicher Reduzierung des VOC-Anteils einen gleichguten Ausdruck mit einem Ink-Jet-Drucker zu erzielen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0992857 B1 [0003]
    • - EP 1559750 A2 [0003]
    • - EP 1408155 A1 [0003]
    • - EP 1413451 B1 [0003]
    • - US 5077421 [0003]
    • - EP 0223987 A2 [0003]
    • - US 4053534 [0003]
    • - US 5543173 [0004]
    • - US 5591818 [0005]
    • - WO 05/014741 [0007]
    • - US 2006/0013971 A1 [0008]
    • - EP 0675128 B1 [0010]
    • - EP 0716128 B1 [0010]
    • - EP 1101787 A2 [0010]
    • - EP 0716127 A2 [0010, 0065]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - DIN 32 625 [0027]
    • - DIN 53 015 [0030]
    • - DIN 51 757 [0048]
    • - DIN 53 015 [0048]
    • - ISO 4630 [0048]
    • - DIN 19 268 [0048]
    • - EN 22 719 [0048]

Claims (16)

  1. Verwendung einer an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) armen bzw. im Wesentlichen an VOC-freien Zusammensetzung in Streichmittel, wobei die Zusammensetzung zumindest anteilig auf einer oder mehreren partiell oder vollständig hydrolysierten und optional kondensierten bzw. cokondensierten aminoalkyl- sowie oligo-silylierter-aminoalkyl-, alkoxy- bzw. hydroxy-funktionellen Siliciumverbindungen basiert und der Alkohol aus der Zusammensetzung zumindest anteilig entfernt ist.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Streichmittel für die Beschichtung von Papier oder Folie eingesetzt wird.
  3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei mindestens eine Siliciumverbindung der in der Zusammensetzung enthaltenen aminoalkyl- bzw. oligo-silylierter-aminoalkyl-, hydroxy- und ggf. hydroxy-funktionellen Siliciumverbindungen ein Reaktionsprodukt aus der Umsetzung von (A) mindestens einem Aminoalkylalkoxysilan der allgemeinen Formel I NR'2[(CH2)2NR']x-Y-Si(R'')n(OR)3-n (I),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, x gleich 0, 1 oder 2 und n gleich 0 oder 1 sind, oder (B) mindestens einem bis-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel II (RO)3-m(R'')mSi-Y-[NR'(CH2)2]yNR'[(CH2)2NR']-Y-Si(R'')n(OR)3-n (II),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl- Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Gruppen Y gleich oder verschieden sind und Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, y und z unabhängig gleich 0, 1 oder 2 sowie m und n unabhängig gleich 0 oder 1 sind, oder (C) mindestens einem tris-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel IV N[-Y-Si(R'')n(OR)3-n]3 (III),worin Gruppen R und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y unabhängig eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt und n unabhängig gleich 0 oder 1 ist, oder (D) mindestens zwei der zuvor genannten silylierten Alkylamine der allgemeinen Formel I, II sowie III darstellt.
  4. Verwendung gemäß Anspruch 3, wobei die Komponente (A) aus der Reihe AMMO, AMEO, DAMO, TRIAMO, 3-(N-Alkylamino)propyltrialkoxysilan, wobei Alkyl Methyl, Ethyl, n-Propyl oder n-Butyl sowie Alkoxy Methoxy oder Ethoxy bedeutet, die Komponente (B) aus der Reihe Bis-AMMO, Bis-AMEO, Bis-DAMO und die Komponente (C) aus der Reihe Tris-AMMO, Tris-AMEO ausgewählt sind.
  5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zusammensetzung einen Gehalt an freiem Alkohol von kleiner gleich 1, vorzugsweise kleiner gleich 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, aufweist.
  6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zusammensetzung einen Gehalt an mindestens einer zumindest partiell hydrolysierten Siliziumverbindung von 0,1 bis 99,5 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, aufweist.
  7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zusammensetzung einen Gehalt an Wasser von 99,9 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, aufweist.
  8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 11 aufweist.
  9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Zusammensetzung einen Gehalt an Säure und/oder ein entsprechendes Salz aus Säure und einer der vorliegenden aminofunktionellen Verbindungen aufweist.
  10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Streichfarbe mindestens ein Metalloxid, vorzugsweise pyrogene Kieselsäure, das eine durchschnittliche Korngröße von weniger als 1 μm aufweist, in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, enthält.
  11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Streichfarbe zumindest partiell hydrolysierte aminofunktionelle Siliciumverbindungen in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, gerechnet als Silicium und bezogen auf die Streichfarbe, enthält.
  12. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Streichfarbe auf der Siliciumverbindungen enthaltenden Zusammensetzung und mindestens einem Metalloxid basiert und darüber hinaus mindestens eine weitere Komponente aus der Reihe Binder, Vernetzer, optischer Aufheller sowie Prozesshilfsmittel enthält.
  13. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei man die Streichfarbe auf die Oberfläche einer Folie oder eines PE-modifizierten Papiers aufträgt und trocknet bzw. aushärtet.
  14. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei man ein Papier oder Folie, die unter Verwendung der besagten Zusammensetzung bzw. einer besagten Streichfarbe erhältlich ist, für Ink-Jet-Anwendungen und/oder als Fotopapier bzw. als Folie für Fotodrucke einsetzt.
  15. Zusammensetzung, wobei in der Zusammensetzung enthaltende aminoalkyl- bzw. oligo-silylierter-aminoalkyl-, hydroxy- und ggf. hydroxy-funktionellen Siliciumverbindungen ein Reaktionsprodukt aus der Umsetzung von (A) mindestens einem Aminoalkylalkoxysilan der allgemeinen Formel I NR'2[(CH2)2NR']x-Y-Si(R'')n(OR)3-n (I),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, x gleich 0, 1 oder 2 und n gleich 0 oder 1 sind, oder (B) mindestens einem bis-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel II (RO)3-m(R'')mSi-Y-[NR'(CH2)2]yNR'[(CH2)2NR']zY-Si(R'')n(OR)3-n (II),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Gruppen Y gleich oder verschieden sind und Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, y und z unabhängig gleich 0, 1 oder 2 sowie m und n unabhängig gleich 0 oder 1 sind, oder (C) mindestens einem tris-silylierten Alkylamin der allgemeinen Formel IV N[-Y-Si(R'')n(OR)3-n]3 (III),worin Gruppen R und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y unabhängig eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt und n unabhängig gleich 0 oder 1 ist, oder (D) mindestens zwei der zuvor genannten silylierten Alkylamine der allgemeinen Formel I, II sowie III darstellen und der Gehalt an freiem Alkohol in der Zusammensetzung kleiner gleich als 1 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, beträgt.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach Anspruch 15, indem man (A) mindestens ein Aminoalkylalkoxysilan der allgemeinen Formel I NR'2[(CH2)2NR']x-Y-Si(R'')n(OR)3-n (I),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, x gleich 0, 1 oder 2 und n gleich 0 oder 1 sind, oder (B) mindestens ein bis-silyliertes Alkylamin der allgemeinen Formel II (RO)3-m(R'')mSi-Y-[NR'(CH2)2]yNR'[(CH2)2NR']z-Y-Si(R'')n(OR)3-n (II),worin Gruppen R, R' und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Gruppen Y gleich oder verschieden sind und Y eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt, y und z unabhängig gleich 0, 1 oder 2 sowie m und n unabhängig gleich 0 oder 1 sind, oder (C) mindestens ein tris-silyliertes Alkylamin der allgemeinen Formel IV N[-Y-Si(R'')n(OR)3-n]3 (III),worin Gruppen R und R'' gleich oder verschieden sind und jeweils für ein Wasserstoffatom oder für eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen stehen, Y unabhängig eine bivalente Alkylengruppe aus der Reihe -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -[CH2CH(CH3)CH2]- darstellt und n unabhängig gleich 0 oder 1 ist, oder (D) mindestens zwei der zuvor genannten silylierten Alkylamine der allgemeinen Formel I, II sowie III mit einer definierten Menge an Wasser und optional unter Zusatz einer Säure hydrolysiert sowie kondensiert bzw. cokondensiert und den freien Alkohol im Wesentlichen aus dem System entfernt.
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