DE102009014685A1 - Antimicrobial coating material based on an amino- or hydroxyl-functional reactant for isocyanates - Google Patents
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Abstract
Die Erfindungsaufgabe, ein Verfahren für die Herstellung eines lösungsmittelfreien Beschichtungsstoffes und einen lösungsmittelfreien Beschichtungsstoff auf der Basis eines mit einem Isocyanat vernetzbaren Polymerisationsproduktes von dem eine antimikrobielle Wirkung ausgeht zu entwickeln, wurde dadurch gelöst, dass in einem Ansatzbehälter Amino/hydoxylgruppen-funktionelles Bindemittel vorgelegt werden, diesem Ansatz anschließend die Pigmente, Füllstoffe und Additive zugegeben und gemischt werden, anschließend diesem Ansatz zur Installation von miniaturisierten Wasserdepots ein Zusatzstoff in Form von Alkali- oder Erdalkali-Alumosilicaten mit der allgemeinen Formel M/O-AlO.xSiO.yHO eingearbeitet werden, die in diesem System mittels Energieeintrag ohne Änderung der Kristallstruktur homogenisiert werden und damit als komplexes Anion von in diesem System ausgebildeten Ionenspendern, bestehend aus durch Energieeintrag erzeugten Nanopartikeln von Halbmetallen und/oder deren organischen und anorganischen Verbindungen, wirken.The object of the invention to develop a process for the preparation of a solvent-free coating material and a solvent-free coating material based on an isocyanate-crosslinkable polymerization product from which emanates an antimicrobial effect, was achieved by presenting amino / hydroxy groups-functional binder in a batch container, Following this approach, the pigments, fillers and additives are added and mixed, then this approach for the installation of miniaturized water deposits an additive in the form of alkali or alkaline earth aluminosilicates with the general formula M / O-AlO.xSiO.yHO be incorporated, the be homogenized in this system by means of energy input without changing the crystal structure and thus as a complex anion formed in this system ion donors, consisting of energy input generated nanoparticles of semimetals and / or their organis chen and inorganic compounds, act.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen lösungsmittelfreien lichtechten, mit dem Beschichtungsobjekt schrumpfungskonformen und stoff-, form und kraftschlüssigen Beschichtungsstoff auf der Basis eines mit Isocyanat vernetzbaren amino- oder hydoxylgruppenfunktionellen und/oder von seinen Derivaten ableitbaren Reaktionspartners als Bindemittel und/oder anderen Reaktionsharzen, die mit Primärteilchen im Sinne der Nanotechnologie zum Aufbau eines Bioziddepots in der Matrix ausgerüstet sind.The The present invention relates to a solvent-free lightfast, with the coating object shrinkage compliant and material, form and non-positive coating material the base of an isocyanate-crosslinkable amino- or hydroxy-functional and / or from its derivative derivable reactant as Binders and / or other reaction resins containing primary particles in the sense of nanotechnology for the establishment of a biocide depot in the Matrix are equipped.
Nach
der
- – mindestens einen Polyester und/oder
- – mindestens ein Polyether, welche beiden Ausgangsstoffe mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige funktionelle Gruppen aufweisen;
- – mindestens ein Polyol und/oder
- – mindestens ein Polyamin und/oder
- – mindestens ein Alkanolamin
- – mindestens eine Verbindung mit mindestens einer zur Anionenbildung befähigten funktionellen Gruppe und mindestens einer, insbesondere zwei, mit Isocyanaten reaktionsfähigen Gruppen;
- – mindestens ein Polyisocyanat und/oder
- – mindestens ein Polyisocyantaddukt;
- – mindestens ein Blockierungsmittel für Isocyanatgruppen, welche bei einer bestimmten Reaktionstemperatur von den von ihnen blockierten Isocyanatgruppen wieder abgespaltet oder in Gegenwart der Vernetzungsmittel über eine Austauschreaktion wieder freigesetzt werden; sowie
- – mindestens ein Neutralisationsmittel für die anionische Stabilisierung im wäßrigen Medium, welche anorganische und/oder organische Basen enthalten oder hieraus bestehen;
- - At least one polyester and / or
- - At least one polyether, which two starting materials have at least two isocyanate-reactive functional groups;
- At least one polyol and / or
- At least one polyamine and / or
- - At least one alkanolamine
- At least one compound having at least one functional group capable of forming anions and at least one, in particular two, isocyanate-reactive groups;
- At least one polyisocyanate and / or
- - At least one Polyisocyantaddukt;
- - At least one blocking agent for isocyanate groups, which are cleaved again at a certain reaction temperature of the blocked isocyanate groups or released again in the presence of crosslinking agents via an exchange reaction; such as
- - At least one neutralizing agent for the anionic stabilization in an aqueous medium, which contain inorganic or / and organic bases or consist thereof;
Nachteilig wirkt sich bei diesem vorgeschlagenen Beschichtungsstoff aus, dass er als lösemittelhaltig beschrieben wird und für die Trocknung 50 bis 155°C benötigt werden (Trockenzeit 20 Minuten bei 155°C und 42 μm Schichtdicke). Der Feststoffgehalt wird mit maximal 55 Gew.-% angegeben. Daher ist dieser Beschichtungsstoff für das (IMC) In-Mould-Coating-Verfahren nicht geeignet.adversely affects in this proposed coating material that he is described as solvent-containing and for the drying 50 to 155 ° C are required (drying time 20 minutes at 155 ° C and 42 μm layer thickness). The solids content is specified with a maximum of 55 wt .-%. Therefore is this coating material for the (IMC) in-mold coating process not suitable.
Nach
der
Dieses bekannte oberflächenverschließende Anstrichmittel auf der Basis von Polyurea ist beschreibungsgemäß ausschließlich als ein auf Oberflächen auftragbares Beschichtungssystem (Top-Coat) einsetzbar. Die Ursache hierfür liegt in der bezweckten, die Oberflächenhaftung begründenden Zusammensetzung dieses Beschichtungssystems auf frei zugängigen Oberflächen von bereits gestalteten Formkörpern nach deren Formgebung. Weiterhin ist dieses Beschichtungssystem nicht lösungsmittelfrei. Nachteilig wirkt sich aus, dass eine mit diesem System beschichtete Oberfläche wegen der stofflichen Zusammensetzung nicht ohne Vorbehandlung überlackiert werden kann.This known surface-sealing paints on the basis of polyurea is descriptive exclusively as a surface coatable coating system (topcoat) used. The reason for this is the intended, the surface adhesion based composition of this Coating system on freely accessible surfaces of already shaped moldings after their shaping. Furthermore, this coating system is not solvent-free. The disadvantage is that one coated with this system Surface not because of the material composition can be painted over without pretreatment.
In
der
- a) Herstellen einer Lösung aus Polyvinylacetat, einem Konservierungsmittel und einem Lösungsmittel,
- b) Aufbringen der Lösung auf die technische Oberfläche, und
- c) Trocknen der auf die technische Oberfläche aufgebrachten Lösung unter Ausbildung der Schicht.
- a) preparing a solution of polyvinyl acetate, a preservative and a solvent,
- b) applying the solution to the technical surface, and
- c) drying the applied to the technical surface solution to form the layer.
Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass vorzugsweise als Konservierungsmittel Benzoesäure, Sorbinsäure, Natamycin, Bacteriocine, Pflanzenextrakte oder deren Gemische und als Lösungsmittel ein Ethanol-Wasser Gemisch, Ethylacetat oder Aceton verwendet werden.The Method is further characterized by the fact that preferably as a preservative benzoic acid, sorbic acid, Natamycin, bacteriocins, plant extracts or mixtures thereof and as Solvent an ethanol-water mixture, ethyl acetate or Acetone can be used.
Auch zu diesem, den Stand der Technik bestimmenden Verfahren ist zu bemerken, dass die eingesetzten Stoffe auf einem lösungsmittelhaltigen System basieren. Die Wirkstoffe sind organischer Natur und werden auf einer bestehenden Oberfläche eines Formkörpers aufgebracht, um dort die entsprechende Wirkung aus der beschichteten Oberfläche zu erzielen.Also to this, the prior art determining method is to be noted that the substances used on a solvent-containing system based. The active ingredients are organic in nature and are on one existing surface of a shaped body applied, there to have the appropriate effect from the coated surface achieve.
Weiterhin
ist nach der
Allen bisherig bekannten Systemen ist gemeinsam, dass die antimikrobielle Wirkung entweder grundsätzlich nur an der Oberfläche erzeugt wird und nicht aus dem Beschichtungsstoff heraus dauerhaft auf der Oberfläche des Beschichtungskörpers emittiert wird oder, obgleich eine gute Haftung des Beschichtungsstoffes auf der Oberfläche des Beschichtungskörpers wegen der Grenzflächenschicht übergreifenden Verbindung, keine antibakterielle Wirkung vorgesehen ist.all Previously known systems have in common that the antimicrobial Effect either basically only on the surface is generated and not from the coating material out permanently the surface of the coating body emitted is or, although a good adhesion of the coating material on the surface of the coating body because interfacial layer compound, no antibacterial effect is provided.
Ziel dieser Erfindung ist es, einen lösungsmittelfreien und lichtbeständigen Beschichtungsstoff auf der Basis eines härtbaren Polymerisationsproduktes für die industrielle Verarbeitung auf metallischen und nichtmetallischen Basissubstraten für einen Einsatz im von bakterellen Keimen hochbelasteten Bereich als keimreduzierenden Beschichtungsstoff sowohl für Topcoat als auch für In-Mould-Coat bereitzustellen, der während der Verarbeitung keine flüchtigen organischen Substanzen in Form von Lösemitteln freisetzt.aim This invention is a solvent-free and Light-resistant coating material based on a curable polymerization product for industrial Processing on metallic and non-metallic base substrates for use in highly polluted by bacterial germs Range as a germ-reducing coating material for both To provide topcoat as well as for in-mold-coat, the during processing no volatile organic Releases substances in the form of solvents.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen lösungsmittelfreien und lichtbeständigen Beschichtungsstoff auf der Basis eines härtbaren Polymerisationsproduktes auf Amin- oder Hydroxylbasis, das mit einem Isocyanat vernetzbar ist und zur Steuerung der Viskosität im aus künstlichen Harzen bestehenden Bindemitteln hydroxyle und/oder aminofunktionelle Reaktionspartner für Isocyanate und im Bindemittel eingearbeitete Carbonnanotubes einsetzt, das gleichzeitig eine antimikrobielle Wirkung entfaltet und ein Verfahren zur Herstellung, zu entwickeln.Of the Invention is based on the object, a solvent-free and light-resistant coating material based on a curable polymerization product based on amine or hydroxyl, the is crosslinkable with an isocyanate and to control the viscosity in binders consisting of artificial resins hydroxyls and / or amino-functional reactants for isocyanates and incorporated in the binder Carbonnanotubes, the simultaneously having an antimicrobial effect and a process for the production, to develop.
Diese Aufgabe wurde mit der im unabhängigen Anspruch offenbarten Lehre gelöst.These The object has been disclosed in the independent claim Teaching solved.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The Invention is intended below to an embodiment be explained in more detail.
In der zugehörigen Zeichnung wird das Wirkprinzip gezeigt:In The accompanying drawing shows the operating principle:
HerstellungsbeispielPreparation example
Im Ansatzbehälter werden bis zu 35% Amino- und/oder hydoxylgruppenfunktionelles Bindemittel vorgelegt. Diesem Ansatz werden die Pigmente, Füllstoffe und Additive zugegeben und gemischt. Anschließend werden miniaturisierte Wasserdepots in diesem System installiert. In einem Masterbatch, bestehend aus Bindemittel mit Halbmetallanteilen werden parallel die metallischen Ionenspender, in Form von Halbmetallanteilen oder organische bzw. Anorganische Verbindungen der Halbmetalle eingebracht. Durch einen geeigneten Energieeintrag in dieses System werden im Top-Down-Prozess (z. B. Rührwerksmühle, Walzenstuhl, Ultraschallgeber) die entsprechenden Primärteilchen erzeugt.in the Batch containers are up to 35% amino and / or hydoxylgruppenfunktionelles Binder submitted. This approach is the pigments, fillers and additives added and mixed. Then be miniaturized water depots installed in this system. In one Masterbatch, consisting of binder with semi-metal shares parallel the metallic ion donors, in the form of semi-metal parts or organic or inorganic compounds of the semimetals introduced. By An appropriate energy input into this system will be in the top-down process (eg agitator mill, roller mill, ultrasonic generator) generates the corresponding primary particles.
Anschließend wird das System mit einem prozentualen Anteil des Masterbatches vermischt. Danach werden die restlichen Bindemittelkomponenten zur 100% – der Basis zugegeben und homogenisiert. In Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der eingesetzten Pigmente, Füllstoffe und bestehenden Additive sind die notwendigen Temperaturparameter zu beachten.Subsequently the system is using a percentage of the masterbatch mixed. Thereafter, the remaining binder components to 100% - added to the base and homogenized. Dependent on from the physical and chemical properties of the used Pigments, fillers and existing additives are the necessary ones Observe temperature parameters.
Unter gleicher Vorgabe können durch Zugaben von anderen Ionenspendern weitere antimikrobielle Eigenschaften erzeugt werden.Under same specification can be made by adding other ion donors further antimicrobial properties are generated.
Auf der Basis der aminofunktionellen Reaktionspartner für Isocyanate wurde ein Beschichtungsstoff entwickelt, der eine starke antimikrobielle Wirkung aufweist. Dem Wirkungsmechanismus liegt zu Grunde, dass innerhalb einer Polymermatrix Ionen erzeugt werden. Für das Erzeugen von Ionen sind Ladungsträger erforderlich, die sich frei im Molekulargitter bewegen können. Durch den Einsatz von Zeolithen wird im Polymerverbund eine große Menge von Wasser gespeichert. Z. B. Zeolith A hat eine Gerüststruktur aus AlO4- und SiO4-Tetraedern. Sie bilden ein kovalentes Gitter mit Hohlräumen, die in der Regel Wasser enthalten. Dieses Gitter ist ein riesiges Anion. Daher enthalten die Hohlräume entsprechend viele Kationen, die im inneren Wasser gelöst oder an den inneren Wänden koordiniert sind.On the basis of the amino-functional isocyanate reaction partners, a coating material has been developed which has a strong antimicrobial effect. The mechanism of action is based on ions being generated within a polymer matrix. The generation of ions requires charge carriers that can move freely in the molecular lattice. Through the use of zeolites, a large amount of water is stored in the polymer composite. For example, zeolite A has a framework structure of AlO 4 and SiO 4 tetrahedra. They form a covalent lattice with cavities, which usually contain water. This grid is a huge anion. Therefore, the cavities contain a corresponding number of cations dissolved in the inner water or coordinated on the inner walls.
Die Gerüststruktur besteht aus AlO4- und SiO4-Tetraedern in dem Verhältnis 1:1. Dabei sind im Wechsel Aluminium- und Silicium-Atome untereinander durch Sauerstoffatome verbunden. Da sich die Tetraeder an jeder Knüpfungsstelle ein Sauerstoffatom teilen, fallen auf jedes Al- und Si-Atom je 2 Sauer stoffatome. Aus einer Bilanz der Oxidationsstufen ergibt sich, dass jedes Al-Atom des kovalenten Gerüstes eine negative Ladung erzeugt. Diese Ladung wird durch ionische Bindungen mit Kationen wie z. B. Ag+ ausgeglichen. Die Verknüpfung der Al- und Si-Tetraeder führt zu einer räumlich dreidimensionalen Struktur.The framework structure consists of AlO 4 and SiO 4 tetrahedra in the ratio 1: 1. In this case aluminum and silicon atoms are alternately connected to one another by oxygen atoms. Since the tetrahedra share an oxygen atom at each knot site, each oxygen and silicon atom has 2 oxygen atoms. From an assessment of the oxidation states, it follows that each Al atom of the covalent framework generates a negative charge. This charge is due to ionic bonds with cations such. B. Ag + balanced. The combination of the Al and Si tetrahedra leads to a spatially three-dimensional structure.
Aus Tetraedern lassen sich eine Vielzahl Strukturen bilden, was die große Anzahl verschiedener Zeolithe erklärt.Out Tetrahedra can be a variety of structures form what the large number of different zeolites explained.
Im Beispiel Zeolith A wird der sogenannte Sodalithkäfig gebildet.in the Example zeolite A, the so-called sodalite cage is formed.
Je ein Sauerstoffatom befindet sich in der Nähe der zwischen den Atomen gezeichneten Linien. Diese Darstellung zeigt nur drei Bindungsrichtungen der Al- und Si-Tetraeder. Die vierte Richtung erlaubt eine Verknüpfung mit weiteren Sodalith-käfigen. Bei dieser Verknüpfung der Sodalithkäfige wird im Zentrum ein neuer Käfig gebildet, der Alpha-Käfig genannt wird und acht verknüpfte Einheitszellen aufweist. Reihen sich viele Einheitszellen aneinander, bildet sich ein mikroskopisch großer, würfelförmiger Kristall. Jeder Kristall ist ein einziges riesiges Multi-Anion.Each oxygen atom is in the Near the lines drawn between the atoms. This illustration shows only three bonding directions of the Al and Si tetrahedra. The fourth direction allows linking with other sodalite cages. At this junction of sodalite cages, a new cage is formed in the center, called an alpha cage, with eight linked unit cells. When many unit cells line up, a microscopic cube-shaped crystal forms. Each crystal is a single giant multi-anion.
Die Ladung des Multi-Anions wird durch eine ionische Bindung zu Kationen ausgeglichen. In einem wasserfreien Zeolith nehmen die Kationen recht feste Koordinationsplätze in der Nähe der SinAlnO2n-Ringe ein.The charge of the multi-anion is balanced by an ionic bond to cations. In an anhydrous zeolite, the cations occupy fairly tight coordination sites near the Si n Al n O 2n rings.
Enthält Zeolith Wasser, sind die Kationen sehr beweglich. Sie sind im Wasser (fast) gelöst und somit gegen andere Kationen austauschbar. Diese Eigenschaft ist entscheidend für die antimikrobielle Wirkung.contains Zeolite water, the cations are very mobile. You are in the water (almost) solved and thus exchangeable with other cations. This property is crucial for the antimicrobial effect.
Selektivität
beim Ionenaustausch:
Ag+ > Na+ > K+ > NH4 + > Li+ > Ba2+ > Ca2+ > Cd2+ > Mg2+ Selectivity in ion exchange:
Ag + > Na + > K + > NH 4 + > Li + > Ba 2+ > Ca 2+ > Cd 2+ > Mg 2+
Durch einen Ionentausch mit Ag+ lassen sich leicht Silberionen in den Zeolith einlagern. Silber wird sehr bevorzugt eingefügt. Bei der Verwendung als Zusatzstoff in Oberflächenbeschichtungen wird Silber in niedriger Dosierung freigesetzt. Silber-Ionen haben biozidische Eigenschaften.An ion exchange with Ag + makes it easy to store silver ions in the zeolite. Silver is very preferred. When used as an additive in surface coatings, silver is released in low dosage. Silver ions have biocidal properties.
Das Wasser z. B. im Zeolith A befindet sich in den Sodalith- und den alpha-Käfigen. Sie sind fast frei beweglich, Wechselwirken aber stark mit den Kationen und dem anionischen Zeolith-Gitter. Daher ist der Dampfdruck des Wassers im Zeolith deutlich niedriger, als der Dampfdruck von freiem Wasser. Das Wasser kann durch Erhitzen aus dem Zeolith entfernt werden, ohne die Gitterstruktur zu verändern oder zu zerstören. Beim Erhitzen des Zeolithen scheint es, als wenn der Feststoff kochen würde. Dabei strömt gasförmiges Wasser aus dem Feststoff und wirbelt die Kristalle auf.The Water z. B. in zeolite A is in the sodalite and alpha-cages. They are almost freely movable, interacting but strong with the cations and the anionic zeolite lattice. Therefore, the vapor pressure of the water in the zeolite is much lower, as the vapor pressure of free water. The water can be heated be removed from the zeolite without changing the lattice structure or to destroy. Upon heating the zeolite, it appears as if the solid would cook. It flows gaseous water from the solid and whirls the crystals on.
Der Alpha-Käfig und der Sodalith-Käfig haben genug freies Innenvolumen und ausreichend große Ringöffnungen (auch Poren oder Kanäle genannt) um Wassermoleküle aufzunehmen oder abzugeben.Of the Alpha Cage and the sodalite cage are enough free interior volume and sufficiently large ring openings (also called pores or channels) around water molecules to take or leave.
Durch Ionentausch mit Ag+ lassen sich leicht Silberionen in den Zeolith einlagern. Silber wird sehr bevorzugt eingefügt. Bei der Verwendung als Zusatzstoff in Oberflächenbeschichtungen wird Silber in niedriger Dosierung freigesetzt.Ion exchange with Ag + makes it easy to store silver ions in the zeolite. Silver is very preferred. When used as an additive in surface coatings, silver is released in low dosage.
Bei einem Zusatz von Metallen oder deren Verbindungen gehen diese in Lösung, können die Ladungsträger sich austauschen und werden damit zu Ionen, die sich um den jeweiligen Atomkern bewegen. Diese Ionen ihrerseits greifen die biologischen Zellstrukturen an.at an addition of metals or their compounds go into this Solution, the charge carriers can become exchange and become ions, which are around the respective Move atomic nucleus. These ions in turn attack the biological cell structures at.
Metallionen entfalten die antibakterielle Wirkung, die auf der Freisetzung von elektrisch positiv geladenen (+) Teilchen beruht, den sogenannten Ionen. Auf ganz natürliche Weise werden Bakterien und Keime, Pilze und Mikroorganismen durch Blockierung der Energieerzeugung abgetötet.metal ions unfold the antibacterial effect on the release of electrically positively charged (+) particles is based, the so-called Ions. In a very natural way, bacteria and germs, Mushrooms and microorganisms by blocking energy production killed.
In dem antimikrobiellen Beschichtungsstoff auf der Basis eines amino- oder hydroxylgruppenfunktionellen Reaktionspartners für Isocyanate (PANADUR System) sind als Wirkstoff Metalle und/oder deren anorganische bzw. organische Verbindungen, wie z. B. Silber, Silberkomplexe, Hydroxylapatit, gekapselte Nanosilberpartikel, Kupfer und deren Komplexe eingesetzt. Die können organische und anorganische Verbindungen sein.In the antimicrobial coating material based on an amino- or hydroxyl-functional reactant for Isocyanates (PANADUR system) are metals and / or their active ingredients inorganic or organic compounds, such as. Silver, silver complexes, Hydroxylapatite, encapsulated nanosilver particles, copper and their Used complexes. They can be organic and inorganic Be connections.
Silberionen z. B. haben ab einer Konzentration von 0,1 ppm eine bakterizide und fungizide Wirkung. Gelangen Silberionen ins Zellinnere von Mikroorganismen, blockieren sie dort die Enzyme der Atmungskette, destabilisieren die Zellmembran und stören die Zellteilung. Dank dieses Wirkungsmechanismus können Bakterien keine Resistenz gegen Silber ausbilden. Wie bei nahezu allen chemischen oder biochemischen Reaktionen gilt hier: Je kleiner die Silberpartikel, desto größer die reaktive Oberfläche, desto größer die bakterizide Wirkung.silver ions z. B. have a bactericidal from a concentration of 0.1 ppm and fungicidal action. If silver ions enter the cell interior of microorganisms, block the enzymes of the respiratory chain there, destabilize the cell membrane and interfere with cell division. Thanks to this Mechanism of action, bacteria can not resist To train silver. As with almost all chemical or biochemical Reactions apply here: the smaller the silver particles, the larger the reactive surface, the bigger the bactericidal effect.
Durch das fest in der Polymermatrix verankerte Wasser ist eine Langzeitwirkung der Ladungsträger gesichert.By the firmly anchored in the polymer matrix water is a long-term effect the charge carrier secured.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - US 2003/0004265 A1 [0004] US 2003/0004265 A1 [0004]
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