DE102007057951A1 - Use of a composition obtained by reacting the cardanol containing cashew nut shell liquid raw material with an ammonia or amine containing a primary amino group and formaldehyde by Mannich reaction for coating a surface of solid substrate - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung der Oberflächen fester Substrate.The The invention relates to a process for coating the surfaces solid substrates.
Stand der TechnikState of the art
Phenalkamine sind eine noch relativ junge Klasse von Epoxidharzhärtern. Es handelt sich dabei um Umsetzungsprodukte (Kondensationsprodukte) von Cardanol (I), das chemisch ein C15-Alkylphenol darstellt und ein Hauptbestandteil des aus den Schalen von Cashew-Nüssen zugänglichen Öls (des sogenannten CNSL = cashew nut shell liquid) ist, mit aliphatischen (primären bzw. sekundären) Aminen und Formaldehyd.Phenolic chimneys are still a relatively new class of epoxy resin hardeners. These are reaction products (condensation products) of cardanol (I), which is chemically a C 15 -alkylphenol and is a main constituent of the oil obtainable from cashew nut shells (the so-called cashew nut shell liquid), with aliphatic (primary or secondary) amines and formaldehyde.
Es sei ausdrücklich betont, dass Phenalkamine als solche nicht zu Beschichtungszwecken eingesetzt werden, sondern lediglich als Epoxidharzhärter.It It should be emphasized that phenalkamines as such are not used for coating purposes, but only as Epoxy resin hardener.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein neues Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen fester Substrate bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe war es, neue Zusammensetzungen bereitzustellen, die sich für die Beschichtung von Oberflächen fester Substrate eignen.The The object of the present invention was a new process to provide for the coating of surfaces of solid substrates. Another object was to provide new compositions, dedicated to the coating of surfaces solid substrates are suitable.
Dabei sollten die Beschichtungen sich durch folgende Merkmale auszeichnen:
- • hervorragende Haftung auf Metalloberflächen
- • ausgeprägte Hydophobie (Wasser perlt auf der Oberfläche ab, ohne Spuren zu hinterlassen)
- • hohe Barrierewirkung gegen Chemikalien
- • hohe Flexibilität (Schlagtiefung > 40 möglich)
- • guter Korrosionsschutz
- • gute elektrische Isolierwirkung
- • hoher Glanzgrad
- • excellent adhesion to metal surfaces
- • pronounced hydrophobicity (water rolls off the surface without leaving any traces)
- • high barrier to chemicals
- • high flexibility (throat depth> 40 possible)
- • good corrosion protection
- • good electrical insulation
- • high gloss level
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen fester Substrate, wobei man eine Schicht einer Benzoxazin-haltigen Zusam mensetzung auf ein Substrat aufbringt und die Schicht anschließend aushärtet, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Benzoxazin-haltigen Zusammensetzung um eine Zusammensetzung handelt, die erhältlich ist, indem man den Cardanol-haltigen Rohstoff CNSL (cashew nut shell liquid) im Sinne einer Mannich-Reaktion mit (a) Ammoniak oder einem Amin, das mindestens eine primäre Aminogruppe (NH2-Gruppe) enthält und (b) Formaldehyd umsetzt.The present invention is a process for coating surfaces of solid substrates, wherein a layer of benzoxazine-containing composition composition is applied to a substrate and the layer is then cured, characterized in that it is a composition in the benzoxazine-containing composition obtainable by dissolving the cardanol-containing raw material CNSL in the manner of a Mannich reaction with (a) ammonia or an amine containing at least one primary amino group (NH 2 group) and (b) Converts formaldehyde.
Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist die Verwendung von Zusammensetzungen, die erhältlich sind, indem man den Cardanol-haltigen Rohstoff CNSL (cashew nut shell liquid) im Sinne einer Mannich-Reaktion mit (a) Ammoniak oder einem Amin, das mindestens eine primäre Aminogruppe (NH2-Gruppe) enthält und (b) Formaldehyd umsetzt, für die Beschichtung von Oberflächen fester Substrate.Another object of the invention is the use of compositions obtainable by dissolving the cardanol-containing raw material CNSL in the manner of a Mannich reaction with (a) ammonia or an amine containing at least one primary amino group (NH 2 Group) and (b) converts formaldehyde, for the coating of surfaces of solid substrates.
Es
sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung zur Beschichtung von Oberflächen fester
Substrate nicht in dem oben zitierten Artikel von
Zum CNSLTo the CNSL
Das im Zuge der vorliegenden Erfindung eingesetzte CNSL ist natürlichen Ursprungs – es wird aus den äußeren Schalen von Cashewnüssen (Nüsse des Baumes Anacardium Occidentale) durch Extraktion gewonnen und kann hinsichtlich seiner Zusammensetzung variieren. Typischerweise enthält es 60–65% Cardanol, 2–10% Cardol, 10–15% Oligomere/Polymere und 0–2% 2-Methylcardanol und Anacardic acid.The CNSL used in the course of the present invention is natural Origin - it gets out of the outer shells of cashew nuts (nuts of the tree Anacardium Occidentale) obtained by extraction and may be in terms of its Composition vary. Typically, it contains 60-65% Cardanol, 2-10% Cardol, 10-15% oligomers / polymers and 0-2% 2-methylcardanol and anacardic acid.
In einer Ausführungsform setzt man rohes CNSL ein. Dies hat den Vorteil einer wesentlichen Vereinfachung des Beschichtungsverfahrens und hat außerdem ökonomische Vorteile.In In one embodiment, crude CNSL is used. this has the advantage of a substantial simplification of the coating process and also has economic benefits.
In einer Ausführungsform setzt man aufgereinigtes CNSL ein, wobei die Aufreinigung durch Vorbehandlung und/oder Destillation erfolgen kann.In In one embodiment, purified CNSL is used, wherein the purification by pretreatment and / or distillation can be done.
Es
kann auch gewünscht sein, CNSL einer Vorbehandlung zu unterziehen,
um Verunreinigungen zu entfernen. Vorbehandlung und Destillation
von CNSL können auch kombiniert werden, insbesondere dann, wenn
es gewünscht ist, ein farbstabiles CNLS mit besonders hohem
Gehalt an Cardanol einzusetzen. Besonders bevorzugt als Vorbehandlung
sind chemische Vorbehandlungen, dabei sind die Vorbehandlungen mit Borsäure
und mit Essigsäureanhydrid, wie sie in
Zu den Aminen (a)To the amines (a)
In einer Ausführungsform setzt man als Komponente (a) Ammoniak ein.In In one embodiment, the component (a) used is ammonia one.
In einer weiteren Ausführungsform setzt man als Komponente (a) ein Amin ein, das mindestens eine primäre Aminogruppe (NH2-Gruppe) enthält.In a further embodiment, the component (a) used is an amine which contains at least one primary amino group (NH 2 group).
In einer weiteren Ausführungsform setzt man als Komponente (a) ein Amin ein, das ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyamine, wobei für diese Polyamine folgende Maßgaben gelten: (1) sie müssen mindestens eine primäre Aminogruppe enthalten; (2) sie müssen insgesamt mindestens zwei Stickstoffatome enthalten, wovon eines – wie durch Maßgabe (1) vorgegeben – in Form einer primären Aminogruppe vorliegen muß und die übrigen – unabhängig voneinander – in Form von primären oder sekundären oder tertiären Aminogruppen vorliegen müssen. Es können aliphatische, aromatische, aliphatisch-aromatische, cycloaliphatische und heterocyclische Polyamine eingesetzt werden.In a further embodiment is set as a component (a) an amine selected from the group of Polyamines, with the following provisos for these polyamines Apply: (1) You must have at least one primary Contain amino group; (2) they must total at least contain two nitrogen atoms, one of which - as by Assignment (1) given - in the form of a primary Amino group must be present and the rest - independently from each other - in the form of primary or secondary or tertiary amino groups must be present. It may be aliphatic, aromatic, aliphatic-aromatic, cycloaliphatic and heterocyclic polyamines are used.
Beispiele für geeignete Amine sind:Examples suitable amines are:
Alkylamine mit linearen oder verzweigten Alkylketten wie n-Butylamin, tert.-Butylamin, n-Pentylamin, n-Hexylamin, 2-Ethylhexylamin, n-Octylamin; aromatische Amine wie Anilin, Toluidin; alkylaromatische Amine wie Benzylamin; Polyethylenamine (Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, usw.), 1,2-Propylendiamin, 1,3-Propylendiamin, 1,4-Butandiamin, 1,5-Pentandiamin, 1,3-Pentandiamin, 1,6-Hexandiamin, 3,3,5-Trimethyl-1,6-hexandiamin, 3,5,5-Trimethyl-1,6-hexandiamin, 2-Methyl-1,5-pentandiamin, Bis(3-aminopropyl)amin, N,N'-Bis(3-aminopropyl)-1,2-ethandiamin, N-(3-aminopropyl)-1,2-ethandiamin, 1,2-diaminocyclohexan, 1,3-Diaminocyclohexan, 1,4-Diaminocyclohexan, Aminoethylpiperazine, Poly(alkylenoxid)diamine und Triamine (wie z. B. Jeffamine D-230, Jeffamine D-400, Jeffamine D-2000, Jeffamine D-4000, Jeffamine T-403, Jeffamine EDR-148, Jeffamine EDR-192, Jeffamine C-346, Jeffamine ED-600, Jeffamine ED-900, Jeffamine ED-2001), meta-Xylylendiamin, Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, Toluoldiamin, Isophorondiamin, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan, 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan, 2,4'-Diaminodicyclohexylmethan, 1,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan, die Mischung der über eine Methylenbrücke verknüpften Poly(cyclohexyl-aromischen)amine (auch als MBPCAA bekannt) und Polyaminoamide.alkylamines with linear or branched alkyl chains such as n-butylamine, tert-butylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, 2-ethylhexylamine, n-octylamine; aromatic Amines such as aniline, toluidine; alkylaromatic amines such as benzylamine; Polyethylene amines (ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, Tetraethylenepentamine, etc.), 1,2-propylenediamine, 1,3-propylenediamine, 1,4-butanediamine, 1,5-pentanediamine, 1,3-pentanediamine, 1,6-hexanediamine, 3,3,5-trimethyl-1,6-hexanediamine, 3,5,5-trimethyl-1,6-hexanediamine, 2-methyl-1,5-pentanediamine, bis (3-aminopropyl) amine, N, N'-bis (3-aminopropyl) -1,2-ethanediamine, N- (3-aminopropyl) -1,2-ethanediamine, 1,2-diaminocyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, aminoethylpiperazines, poly (alkylene oxide) diamines and triamines (such as Jeffamine D-230, Jeffamine D-400, Jeffamine D-2000, Jeffamine D-4000, Jeffamine T-403, Jeffamine EDR-148, Jeffamine EDR-192, Jeffamine C-346, Jeffamine ED-600, Jeffamine ED-900, Jeffamine ED-2001), meta-xylylenediamine, phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, Toluenediamine, isophoronediamine, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethane, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, 2,4'-diaminodicyclohexylmethane, 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane, the mixture of one Methylene bridge linked poly (cyclohexyl-aromatic) amine (also known as MBPCAA) and polyaminoamides.
In einer bevorzugten Ausführungsform setzt man als Komponente (a) ein monofunktionelles primäres Amin der Formel R-NH2 (I) ein, wobei der Rest R eine Alkylgruppe mit insgesamt 1 bis 30 C-Atomen oder eine Arylgruppe oder eine mit ein oder mehreren Alkylresten substituierte Arylgruppe mit insgesamt bis 30 C-Atomen bedeutet. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, bei deren Herstellung als Komponente (a) die gerade genannten monofunktionellen Amine (I) zum Einsatz kommen, für Beschichtungszwecke wurde festgestellt, dass diese Beschichtungen sich insbesondere durch ganz ausgezeichnete Werte bezüglich der Flexibilität auszeichneten, ferner durch gute Säurebeständigkeit.In a preferred embodiment, a monofunctional primary amine of the formula R-NH 2 (I) is used as component (a), where the radical R is an alkyl group having a total of 1 to 30 C atoms or a Aryl group or substituted with one or more alkyl radicals aryl group having a total of up to 30 carbon atoms. When using the compositions according to the invention, in the preparation of which as component (a) the abovementioned monofunctional amines (I) are used, for coating purposes it has been found that these coatings were distinguished in particular by very excellent values in terms of flexibility, and furthermore by good acid resistance.
Zur Herstellung der ZusammensetzungenFor the preparation of the compositions
Bei der Mannich-Reaktion von Cardanol mit Formaldehyd und Aminen enstehen Mischungen von Benzoxazinen sowie höhermolekulareren Produkten und unreagiertem Cardanol. Diese Mischungen eignen sich ohne weitere Aufreinigung als thermisch aushärtende Beschichtungs-Zusammensetzungen. Die daraus erhältlichen Beschichtungen weisen die in der Aufgabenstellung aufgelisteten Vorteile auf.at the Mannich reaction of cardanol with formaldehyde and amines Mixtures of benzoxazines and higher molecular weight products and unreacted cardanol. These mixtures are suitable without further Purification as thermosetting coating compositions. The coatings available therefrom have the in Task listed benefits.
Zur Beschichtung der Oberflächen fester SubstrateFor coating the surfaces solid substrates
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden auf die Oberflächen fester Substrate aufgebracht. Die Art und Weise der Aufbringung ist dabei an sich nicht kritisch. Beispiele für geeignete Methoden der Aufbringung sind etwa: Rakeln, Streichen, Rollen, Ziehen (Spachtel), Wischen, Gießen, Walzen, Tauchen, Trommeln, Zentrifugieren, Fluten, Flow Coating, Vakuumlackieren, Spritzen (Hochdruck, Niederdruck, Airless, Airmix, Heißspritzverfahren, Unicarb-Verfahren, elektrostatische Zerstäubung).The Compositions according to the invention are disclosed applied the surfaces of solid substrates. The kind and Way of applying is not critical in itself. Examples suitable methods of application include: doctoring, Painting, rolling, pulling (spatula), wiping, pouring, Rolling, Dipping, Drumming, Centrifuging, Flooding, Flow Coating, Vacuum painting, spraying (high pressure, low pressure, airless, airmix, Hot spraying process, Unicarb process, electrostatic Atomization).
Die Aushärtung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen erfolgt nach dem Aufbringen auf die Oberfläche eines festen Substrates und wird in der Regel bei Temperaturen zwischen 50°C und 300°C durchgeführt. Je nach Schichtdicke und Aushärtetemperatur liegen dabei die Aushärtungszeiten im Bereich von wenigen Sekunden bis hin zu mehreren Stunden.The Curing of the compositions of the invention takes place after application to the surface of a solid Substrates and is usually at temperatures between 50 ° C and 300 ° C performed. Depending on the layer thickness and Curing temperature are the curing times in the range of a few seconds to several hours.
Zum SubstratTo the substrate
In einer Ausführungsform wird das zu beschichtende Substrat ausgewählt aus der Gruppe der Metalle, mineralischen Materialien (wie Stein, Beton, Keramik), Kunststoffe, Glas, Fasern. Dabei sind Metalle, insbespndere Eisen, Stahl, Kupfer, Aluminium, Weißblech, Nickel und Gold als zu beschichtende Substrate besonders bevorzugt.In In one embodiment, the substrate to be coated becomes selected from the group of metals, mineral materials (like stone, concrete, ceramics), plastics, glass, fibers. There are Metals, in particular iron, steel, copper, aluminum, tinplate, Nickel and gold as substrates to be coated are particularly preferred.
BeispieleExamples
Beispiel 1: Herstellung der ZusammensetzungExample 1: Preparation of the composition
272,9 g Cardanol wurden zusammen mit 30,7 g Ammoniak-Lösung, 25%-ig sowie 116,2 g Formaldehydlösung (35%-ig in Wasser) in einem 1-Liter-Dreihalskolben, ausgestattet mit Rührer, Thermometer und Rückflusskühler unter Stickstoff-Spülung 3 Stunden auf 75–80°C erhitzt. Das noch warme Reaktionsgemisch wurde in einen Scheidetrichter überführt. Die wässrige Phase setzte sich rasch ab und wurde abgelassen. Die Ölphase wurde mit 100 ml vollentsalztem Wasser gewaschen. Der Vorgang wurde wiederholt, bis das Waschwasser neutral war. Die Ölphase wurde anschließend im Vakuum bei maximal 70°C getrocknet.272.9 g cardanol were mixed with 30.7 grams of ammonia solution, 25% and 116.2 g formaldehyde solution (35% in water) in a 1 liter three-necked flask equipped with stirrer, Thermometer and reflux condenser under nitrogen purge Heated to 75-80 ° C for 3 hours. The still warm Reaction mixture was transferred to a separatory funnel. The aqueous phase rapidly settled and was released. The oil phase was washed with 100 ml of deionized water. The process was repeated until the washing water was neutral. The oil phase was then in vacuo at a maximum of 70 ° C. dried.
272,6 g einer klaren, rotbraunen, öligen Flüssigkeit mit einer Aminzahl von 57,2 mg KOH/g wurden erhalten.272.6 g of a clear, red-brown, oily liquid with an amine value of 57.2 mg KOH / g were obtained.
Beispiele 2–4: BeschichtungenExamples 2-4: Coatings
(B2 bis B4)(B2 to B4)
Die
gemäß Beispiel 1 hergestellte flüssige
Zusammensetzung wurde mittels Rakel mit 100 μm Schichtdicke
auf mit Aceton gereinigte Metallplatten (Stahlprüfplatten,
Werkstoff-Nr. ST 1405) der Größe 150 × 70 × 1
mm aufgetragen und im vorgeheizten Trockenschrank bei 220°C
mit unterschiedlichen Zeiten ausgehärtet. Nach Abkühlung
der Platten wurde eine gleichmäßige, sehr gut
verlaufende, transparente sowie klebefreie Beschichtung erhalten,
die je nach Aushärtezeit unterschiedliche Eigenschaften
aufwies. Die experimentellen Daten sind Tabelle 1 zu entnehmen:
Die
in den letzten drei Spalten von Tabelle 1 genannten Parameter wurden
nach Standardverfahren bestimmt, die dem Fachmann bekannt sind,
nämlich:
- • Pendelhärte
nach König gemäß
DIN EN ISO 1522 - • Haftung nach
DIN EN ISO 2409 - • Schlagtiefung nach
ASTM D6905
The parameters mentioned in the last three columns of Table 1 were determined according to standard methods known to those skilled in the art, namely:
- • Pendulum hardness according to King
DIN EN ISO 1522 - • Liability after
DIN EN ISO 2409 - • knock down
ASTM D6905
Tabelle 1
Allen erhaltenen Beschichtungen gemäß den Beispielen B2 bis B4 gemeinsam war die ausgeprägte Hydrophobie der Oberfläche (Wasser perlte ab und hinterließ auch nach längerer Einwirkung keine Spuren) und die damit verbundene hohe Barrierewirkung.all obtained coatings according to the examples B2 to B4 common was the pronounced hydrophobicity of Surface (water beaded off and left too after prolonged exposure no traces) and the associated high barrier effect.
Vergleichsbeispiel 1:Comparative Example 1
40
g des in Beispiel 1 gewonnenen Materials wurden auf eine Chromatographiesäule,
(gefüllt mit 300 g Kieselgel 60, Korngröße
0,063–0,2 mm als stationäre Phase, aufgeschlämmt
mit Dichlormethan als mobile Phase), mit wenig Dichlormethan als
Lösemittel überführt. Das Eluat wurde
in 12 Fraktionen getrennt und per Dünnschichtchromatographie
(DC-Fertigplatten Kieselgel 60, Merck, mit Dichlormethan als mobile
Phase), untersucht. Es wurde eine Phase mit einer Substanz mit RF
0,95 als Hauptkomponente identifiziert und die entsprechenden Fraktionen
vereinigt und am Rotavapor bei 60°C Badtemperatur eingeengt.
Am Ende wurde das restliche Dichlormethan im Vakuum entfernt. Dabei
wurden 9,1 g einer hellgelben niedrigviskosen Flüssigkeit mit
einer Aminzahl von 81,6 mg KOH/g erhalten. Bei der erhaltenen Verbindung
handelt es sich nach Untersuchungen der Anmelderin um das in der
o. g. Publikation von
Vergleichsbeispiele 2–4: BeschichtungenComparative Examples 2-4: Coatings
(V2 bis V4)(V2 to V4)
Entsprechend
der Beispiele 2–4 wurden mit der gemäß Vergleichsbeispiel
1 hergestellten Substanz Beschichtungen hergestellt und diese untersucht.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
Es stellte sich heraus, dass in keinem der Vergleichsversuche V2–V4 eine klebefreie Beschichtung erhalten wurde, so dass sich keine Daten bzgl. Pendelhärte, Haftung und Schlagtiefung erheben ließen. Die gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellte Substanz benötigt offenbar deutlich höhere Aushärtetemperaturen als die gemäß Beispiel 1 hergestellte Substanz. Die Versuche V2 und V3 führten zu einem viskosen, noch flüssigen Belag, in Versuch V4 wurde eine klebrige Beschichtung erhalten.It it turned out that in none of the comparative experiments V2-V4 a tack-free coating was obtained so that no Collect data regarding pendulum hardness, adhesion and depression left. The according to the comparative example 1 prepared substance apparently requires significantly higher Curing temperatures than those according to example 1 prepared substance. The experiments V2 and V3 led to a viscous, still liquid coating, in experiment V4 a sticky coating was obtained.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - WO 2006/108545 A1 [0013, 0013, 0013, 0013] - WO 2006/108545 A1 [0013, 0013, 0013, 0013]
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- - DIN EN ISO 1522 [0026] - DIN EN ISO 1522 [0026]
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- - ASTM D6905 [0026] ASTM D6905 [0026]
- - E. Calo et al. [0029] E. Calo et al. [0029]
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