DE102011013973A1

DE102011013973A1 - Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff, weißpigmentfreie Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer weißen Beschichtung

Info

Publication number: DE102011013973A1
Application number: DE201110013973
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Greco Tonio; Dr.rer.nat. Volkert Bert
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Weißpigmentfreien Beschichtungsstoff zur Herstellung einer weißen Beschichtung auf einem Substrat, wobei er eine W/O-Emulsion aus einem in einem hydrophoben organischen Lösungsmittel gelösten Polymer, das ausgewählt ist aus Polysacharid-Derivat (kontinuierliche Phase) und Wasser (disperse Phase) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen weißpigmentfreien Beschichtungsstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung einer weißen Beschichtung auf einem Substrat. Weiterhin umfasst die Erfindung weißpigmentfreie Beschichtungen auf einem Substrat.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, sind Lacke flüssige oder pulverförmige Beschichtungsstoffe, die durch verschiedene Techniken, wie Aufstreichen (tage casting), Besprühen (air brush), Aufschleudern (sein coating) oder Tauchen (dip coating) auf Oberflächen aufgetragen werden und durch chemisches (Polymerisation) oder physikalisches Aushärten (Verdampfen des Lösungsmittels) einen durchgehenden, dünnen, festen Film bilden. Lacke werden z. B. verwendet, um Gegenstände vor Umwelteinflüssen zu schützen (Schutzanstrich, Schutzlacke) oder um einen bestimmten Farbeffekt zu erzielen (Farblacke).
Um weiße Lacke herzustellen, werden bisher Dispersionen auf Basis von anorganischen Partikeln, z. B. Metalloxiden, -sulfiden, -nitriden und deren Mischungen in Bindemitteln verwendet. Als Bindemittel von Lacken werden filmbildende Bindemittel auf Polymerbasis, meist Kunstharze auf Acryl-, Polyurethan- oder Epoxidbasis, verwendet. Die Bindemittel werden entweder selbst als flüssiges Medium oder als Dispersion in wässriger Lösung oder gelöst im Lösemittel als Einkomponentensystem angeboten.
Traditionelle Bindemittel sind u. a. natürliche Harze und Öle, Pflanzenbestandteile, Gummi Arabicum oder Leim.
Bei Zweikomponentensystemen besteht das Bindemittel aus Harz und Härter. Diese werden getrennt gelagert. Kurz vor dem Verarbeiten werden die beiden Komponenten gemischt. Sie reagieren chemisch, z. B. durch Polymerisationsreaktion oder Quervernetzung der Polymerstränge, härten ohne Trocknung aus und enthalten deshalb keine Lösungsmittel.
Eine Möglichkeit, lösemittelfrei zu arbeiten, besteht darin, photopolymerisierbare Lacksysteme einzusetzen. Bei dieser Technologie dienen polymerisierbare Monomere als Lösemittel, die während der Härtung in den Lackfilm einpolymerisieren.
Liegt das Bindemittel nicht in flüssiger Form vor, benötigt man als zusätzlichen Bestandteil ein Lösemittel oder Lösungsmittelgemisch. Es muss farblos sein, darf keine chemische Reaktion mit dem Bindemittel eingehen und muss rückstandslos verdunsten. Da die meisten Lösemittel für Lacke organische Lösemittel sind, die teilweise giftig oder feuergefährlich sind, tendiert man immer mehr zu lösemittelfreien Systemen, also zu Pulverlacken oder Suspensionen von Lackpartikelteilchen in Wasser.
Stand der Technik für die Herstellung weißer Lacke ist die Dispersion von weiß-reflektierenden Partikeln im Mikrometerbereich in einer flüssigen Bindemittelsuspension oder -emulsion. Dabei werden vor allem diffus-reflektierende Substanzen verwendet, die einen hohen Brechungsindex aufweisen, da der Effekt der weißen Farbe im Prinzip auf der Vielfachstreuung von sichtbaren Licht (Wellenlänge 400–700 nm) durch feste Partikel beruht. Je höher die Brechungsindexdifferenz zwischen Streupartikel und umgebendem Medium ist, desto höher ist die Streueffizienz.
Es werden bevorzugt Partikel aus TiO₂, BaSO₄, ZrO₂, CaCO₃, MgO, CaO, ZnO, ZnS, Si₃N₄ oder aus deren Mischungen verwendet. Hierzu müssen die Partikel fein verteilt und homogen in dem flüssigen Bindemittel bzw. in der Bindemittelsuspension oder -emulsion dispergiert werden, wobei je nach Lack noch zusätzlich Dispersionsmittel benötigt werden. Ein weiteres Kriterium ist, das weder die verwendeten Streupartikel, das Dispersionsmittel noch das umgebende Medium (Bindemittel) im sichtbaren Spektralbereich Absorptionsbanden aufweisen.
Beschichtungsmittel bzw. Formulierungen, die Polysaccharid-Derivate enthalten, sind ebenfalls bekannt.
Die US 2,964,417 beschreibt die Verwendung von Zwei-Phasen-Lacksystemen auf Basis von Celluloseacetobutyraten und Nitrocellulosen. Als weißes Pigment dient hier wiederum TiO₂ und es wird ausdrücklich auf die Herstellung und Verwendung von wasserfreien Systemen verwiesen.
In der US 3,481,663 wird die Herstellung weißer und farbiger Lackschichten auf, Nitrocellulosebasis und weißen TiO₂-Partikeln und in US 4,668,570 die Herstellung weißer und schwarzer Lackschichten auf Basis von Celluloseacetobutyrat und TiO₂ und Kohlenstoffruß beschrieben.
Die US 3,024,124 hingegen schützt die Verwendung farbiger, wasserfreier Lackschichten auf Basis von Celluloseacetat-, Nitrocellulose- und Ethylcelluloselacken in Verbindung mit anorganischen Metallsulfaten als farbige Pigmente.
Die US 2,776,904 beschreibt die Herstellung von langzeitstabilen Ethylcellulose-Emulsionen auf Basis einer Öl in Wasser Emulsion mittels eines organischen Lösemittels, einer wässrigen Phase und verschiedenen Emulgatoren.
Nachteilig bei den vorbekannten Systemen ist, dass diese zur Herstellung von weißer Beschichtung Weißpigmente benötigen. Weiterhin sind viele bekannte Systeme aus ökologischen Gründen zu beanstanden, da sie aus nicht biologisch abbaubaren Polymeren aufgebaut sind.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Beschichtungsstoff bereitzustellen, bei dem auf Weißpigmente völlig verzichtet werden kann und der trotzdem zu einer Beschichtung führt, die weiß ist. Der Beschichtungsstoff soll zudem aus ökologisch unbedenklichem Material sein.
Diese Aufgabe wird durch den weißpigmentfreien Beschichtungsstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 12 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer weißen Beschichtung und Anspruch 15 eine weißpigmentfreie Beschichtung. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird ein weißpigmentfreier Beschichtungsstoff zur Herstellung einer weißen Beschichtung auf einem Substrat bereitgestellt, der eine W/O-Emulsion aus einem in einem hydrophoben organischen Lösungsmittel gelösten Polymer, das ausgewählt ist aus Polysacharid-Derivat (kontinuierliche Phase) und Wasser (disperse Phase) umfasst.
Mit der Entwicklung von derivatisierten Polysaccharid-Emulsionen und deren Verwendung als Lacke wurden folgende Probleme gelöst:
Die Verwendung von Streupartikeln, um weiße Filme und Schichten herzustellen, ist nicht mehr notwendig, da die weiße Farbe durch Streuung von sichtbarem Licht an den homogen verteilten Mikrohohlräumen in der Beschichtung an der Grenzfläche Polymer (n 1,5) und Luft (n = 1) entsteht.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die verwendeten Polymere auf Basis von Polysacchariden biologisch abbaubar und aus nachwachsenden Rohstoffen zugänglich sind. Zusätzlich sind die Polymere wasserabweisend, kostengünstig und von sehr geringer Dichte, da auf Grund der Bildung von Mikroschäumen ein erhebliches Materialeinsparpotential vorliegt.
Das Volumen-Verhältnis der kontinuierlichen Phase zur dispersen Phase kann im Bereich von 15 bis 3 für die kontinuierliche Phase und im Bereich von 0,3 bis 1,8 für die disperse Phase, bevorzugt im Bereich von 10 bis 8:0,8 bis 1,2 liegen und die kontinuierliche Phase kann einen Massenanteil des Polymers (m/m im Lösungsmittel) von 1 bis 25% aufweisen. Folglich kann das Volumen-Verhältnis der kontinuierlichen Phase zur dispersen Phase auch 10:1 betragen.
Bevorzugt enthält die disperse Phase Wasser sowie darin gelöste Polysaccharid-Derivate, wobei die disperse Phase einen Massenanteil des Polymers (m/m in Wasser) von 1 bis 25% aufweist.
Alternativ enthält der weißpigmentfreie Beschichtungsstoff eine W/O-Emulsion mit bis zu 40 Gew.-%, bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, Additive bezogen auf 100 Gew.-% des Polymers der kontinuierlichen Phase, berechnet als Feststoff.
Durch das Wasser-Polymer-Verhältnis kann die bei der Filmherstellung resultierende Menge an Mikro-Luftbläschen eingestellt und so die Deckkraft der weißen Schicht gesteuert werden.
Bevorzugt ist das Polysaccharid-Derivat der kontinuierlichen Phase ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cellulose, Stärke, Xylanen, Chitin, Chitosan, Alginaten und/oder Mischungen hiervon.
Bei den Stärken können unterschiedlichen Stärkearten (bestehend aus unterschiedlichen Zusammensetzungen von Amylose und Amylopektin), nämlich Wachsmaisstärke, Maisstärke, Weizenstärke, Reisstärke, Kartoffelstärke eingesetzt werden.
Die Substituenten der verwendeten Polysaccharid-Derivate bestehen aus hydrophobisierenden Alkylethern und -estern. Dabei werden bevorzugt kurze Alkylketten (C₂-C₄) verwendet, da diese Polysaccharidalkylether selbst emulgierende Wirkung zeigen und bei der Wasserzugabe für die Emulsionsbildung nicht zur Koagulation neigen. Ebenso können sowohl reine als auch Misch-Ester, aus der Klasse der Acetate, Propionate, Butyrate und Mischester der genannten kurzkettigen Ester mit langkettigen Fettsäureestern (C₈ bis C₂₀) verwendet werden, wobei mit steigendem DS-Wert (durchschnittlicher Substitutionsgrad mit einem theoretischen Maximum von 3) als auch steigender Kettenlänge des verwendeten Esters die Hydrophobizität steigt.
Das hydrophobe organische Lösungsmittel ist bevorzugt ausgewählt aus chlorierten Kohlenwasserstoffen, wie CHCl₃, CH₂Cl₂, sowie anderen organischen Lösungsmitteln, wie Ethern, Diethylether, Di-n-propylether, kurzkettigen Estern der Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure, wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl- und Hexylestern, sowie deren Isomere, wie auch kurzkettige Alkane, wie Pentan, Hexan, Heptan, Octan und deren Isomere.
Weiterhin kann der erfindungsgemäße weißpigmentfreie Beschichtungsstoff Additive ausgewählt aus Emulgatoren, Weichmachern und/oder Haftvermittlern enthalten.
Möchte man die hergestellte Emulsion langzeitstabil gestalten, so müssen zusätzlich Emulgatoren verwendet werden. Diese können aus der Klasse der nicht-ionischen Tenside, z. B. langkettige Alkohole, Mono- und Difettsäureester von Glycerin, Polysorbate (Polyoxyethylen-Sorbitan-Fettsäureester), Lecithine (Phosphatidylcholine = Ester von natürlichen Fettsäuren, Cholin, Phosphorsäuren und Glycerin), Polyethylenglykolalkylphenylether, u. a. kommen. Hierzu werden die Emulgatoren nach der Herstellung der hydrophoben Phase zur Lösung zugegeben und anschließend wird die Lösung mit Wasser emulgiert.
Durch zusätzliche Zugabe von Weichmachersubstanzen, vorzugsweise Triestern von Glycerin, z. B. Glycerintriacetat oder Triacetin, können die Lackeigenschaften bezüglich ihrer Härte gesteuert werden.
Zusätzlich kann als Haftvermittler bei der Emulsionspräparation statt Wasser eine Lösung von wasserlöslichen Polysaccharid-Derivaten verwendet werden. Vorzugsweise werden hier 0,5 bis 10 Gew.-%-ige wässrige Lösungen von Methylcellulose, Stärke- und Celluloseacetate mit niedrigem DS-Wert (< 1,5), Ethylcellulose mit einem DS-Wert kleiner 1,5, Carboxymethylcellulosen und –stärken, Alginate oder Chitosan verwendet.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffes erfolgt so, dass zuerst das Polysaccharid-Derivat in dem geeigneten, leichtflüchtigen, hydrophoben, organischen Lösungsmittel gelöst wird, bis man eine klare, transparente Lösung erhält. Anschließend wird eine bestimmte Menge Wasser zugegeben und das Gemisch homogenisiert. Dabei entsteht eine weiße, homogene Emulsion.
Polysaccharid-Derivate selbst zeigen je nach Substiongrad, -art und verwendeter Seitenkettenlänge emulgierende Wirkung, so dass vor allem bei kurzen Alkyseitenketten (Methyl- und Ethylethern) auf zusätzliche Emulgatoren verzichtet werden kann.
Die hergestellte Emulsion kann dann je nach Viskosität entweder direkt durch Filmgießen, Eintauchen oder via Airbrush-Technik auf die gewünschte Oberfläche aufgebracht werden. Dabei verdampft die organische Lösungsmittelkomponente sehr viel schneller, wenn ihr Dampfdruck höher und ihr Siedepunkt wesentlich niedriger als die entsprechenden Werte für das Wasser.
So bilden sich in einem ersten Schritt eine feste, weiße Dispersion bestehend aus der festen Polymermatrix und fein verteilten Mikro-Wasserbläschen. Im nächsten Schritt verdampft das suspendierte Wasser, so dass sich ein fester und trockener Lackfilm bildet, wobei das Material aus mikro metergroßen Hohlraumstrukturen, also einem festen Schaum, besteht. Da eine homogene Verteilung der Mikrohohlräume vorliegt, entsteht eine gleichmäßige weiße Farbe, da sichtbares Licht an den Grenzflächen von Polymer (Brechungsindex n ≈ 1.5) und Luft (n = 1) vielfach gestreut wird.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer weißen Beschichtung auf einem Substrat, wobei ein weißpigmentfreier Beschichtungsstoff wie im Voranstehenden beschrieben appliziert wird.
Die hergestellte Emulsion kann je nach Viskosität direkt durch Aufstreichen, Besprühen, Aufschleudern, Filmgießen, (Ein)tauchen oder via Airbrush-Technik auf die gewünschte Oberfläche aufgebracht werden und einer gestuften Wärmebehandlung unterzogen werden. Dabei verdampft die organische Lösungsmittelkomponente sehr viel schneller, wenn ihr Dampfdruck höher und ihr Siedepunkt wesentlich niedriger ist als die entsprechenden Werte für Wasser. So bilden sich in einem ersten Schritt eine feste, weiße Dispersion bestehend aus der festen Polymermatrix und fein verteilten Mikro-Wasserbläschen. Im nächsten Schritt verdampft das suspendierte Wasser, so dass sich ein fester und trockener Lackfilm bildet, wobei das Material aus mikrometergroßen Hohlraumstrukturen, also einem festen Schaum, besteht. Da eine homogene Verteilung der Mikrohohlräume vorliegt, entsteht eine gleichmäßige weiße Farbe, da sichtbares Licht an den Grenzflächen von Polymer (Brechungsindex n ≈ 1.5) und Luft (n = 1) vielfach gestreut wird.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird der auf dem Substrat aufgebrachte Beschichtungsstoff über eine Zeitspanne von 6 bis 72 Std. bei 15 bis 25°C getrocknet und anschließend über eine Zeitdauer von 1 bis 24 Std. bei einer Temperatur von 60 bis 180°C nachbehandelt.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine weißpigmentfreie Beschichtung auf einem Substrat wobei die Beschichtung durch einen Beschichtungsstoff wie im Voranstehenden beschrieben gebildet ist.
Diese Beschichtung kann z. B. als weiße Schutz-Lackschicht, als weiße Wandfarbe im weiteren Sinne, als poröses Trägermaterial, als diffus-reflektierende Beschichtung in optischen Systemen und als lichtstreuende Beschichtung in der Beleuchtungstechnik verwendet werden.
Bevorzugt liegt die Beschichtung in Form eines Schaumes mit einer Hohlraumstruktur mit Hohlräumen im Bereich von 1 bis 100 μm vor. Weiterhin kann in der Beschichtung eine homogene Verteilung der Mikrohohlraumstrukturen vorliegen.
Anhand der nachfolgenden Beispiele 1 bis 10 soll der anmeldungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
Beispiel 1
Die fünffache Menge an 5%-iger Ethylcellulose-Lösung (m/m in CHCl₃) wird mit der einfachen Menge an destilliertem Wasser unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und anschließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffusreflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 2
Die fünffache Menge an 5%-iger Ethylcellulose-Lösung (m/m in CHCl₃) wird mit der einfachen Menge an 5%-iger Methylcellulose-Lösung (m/m in H₂O) unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und anschließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffus-reflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 3
Die fünffache. Menge an 5%-iger Ethylcellulose-Lösung (m/m in CHCl₃) wird mit der einfachen Menge an 5%-iger Methylcellulose-Lösung (m/m in H₂O) sowie 20 Triacetin unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und anschließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffusreflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 4
Die fünffache Menge an 5%-iger Ethylcellulose-Lösung (m/m in Essigsäureethylester, EE) wird mit der einfachen Menge an destilliertem Wasser unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minutenhomogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und anschließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffus-reflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 5
Die fünffache Menge an 5%-iger Celluloseacetat-Lösung (m/m in CH₂Cl₂) wird mit der einfachen Menge an 5%-iger Methylcellulose-Lösung (m/m in H₂O) sowie 20% Triacetin unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und anschließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffusreflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 6
Die fünffache Menge an 10%-iger Celluloseacetat-Lösung (m/m in CH₂Cl₂) wird mit der einfachen Menge an 5%-iger Methylcellulose-Lösung (m/m in H₂O) unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Anschließend wird die erhaltene Emulsion auf eine 5 × 5 cm große Glasplatte gegossen und drei Stunden bei 80°C im Umlufttrockenschrank getrocknet. Man erhält eine weiße, diffus-reflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 7
Die fünffache Menge an 5%-iger Stärkepropionat-Lösung (m/m in CHCl₃) wird mit der einfachen Menge an destilliertem Wasser unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und anschließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffus-reflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 8
Die fünffache Menge an 5%-iger Stärkeacetat-Lösung (m/m in EE) wird mit der einfachen Menge an 5%-iger Methylcellulose-Lösung (m/m in H₂O) sowie 20 Triacetin unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und anschließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffusreflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 9
Die fünffache Menge an 5%-iger Stärkepropionat-Lösung (m/m in CHCl₃/EE, 1:1, m/m) wird mit der einfachen Menge an 2,5%-iger Methylcellulose-Lösung (m/m in H₂O) sowie 20% an Triacetin unter Rühren mit einem Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und an schließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffus-reflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
Beispiel 10
Die fünffache Menge an 5%-iger Celluloseacetat-Lösung (m/m in CHCl₃) wird mit der einfachen Menge an destilliertem Wasser und 20% an Emulgator Triton X-100 (Octoxynol-9, Polyethylenglycol-[4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl]-ether) unter Rühren mit eifern Magnetrührer vermengt und für 15 Minuten homogenisiert. Anschließend wird die erhaltene Emulsion in einem Behälter für die zu verwendende Airbrush-Pistole überführt. Eine 5 × 5 cm große Glasplatte wird dann mittels Luftdruck mit der Polymeremulsion besprüht, bis die gesamte Fläche weiß erscheint und vollständig bedeckt ist. Die Schicht wird für vier Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet und anschließend eine Stunde bei 80°C getempert. Man erhält eine weiße, diffus-reflektierende Schicht aus Polysaccharid-Mikroschaum.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2964417 [0011]
US 3481663 [0012]
US 4668570 [0012]
US 3024124 [0013]
US 2776904 [0014]

Claims

Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff zur Herstellung einer weißen Beschichtung auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass er eine W/O-Emulsion aus einem in einem hydrophoben organischen Lösungsmittel gelösten Polymer, das ausgewählt ist aus Polysacharid-Derivat (kontinuierliche Phase) und Wasser (disperse Phase) umfasst.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen-Verhältnis der kontinuierlichen Phase zur dispersen Phase im Bereich von 15 bis 3 für die kontinuierliche Phase und im Bereich von 0,3 bis 1,8 für die disperse Phase, bevorzugt im Bereich von 10 bis 8:0,8 bis 1,2 liegt und die kontinuierliche Phase einen Massenanteil des Polymers (m/m im Lösungsmittel) von 1 bis 25 aufweist.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die disperse Phase Wasser sowie darin gelöste Polysaccharid-Derivate enthält, wobei die disperse Phase einen Massenanteil des Polymers (m/m in Wasser) von 1 bis 25 aufweist.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die W/O-Emulsion bis zu 40 Gew.-% bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, Additive bezogen auf 100 Gew.-% des Polymers der kontinuierlichen Phase, berechnet als Feststoff, enthält.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polysaccharid-Derivat der kontinuierlichen Phase ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cellulose, Stärke, Xylanen, Chitin, Chitosan, Alginaten und/oder Mischungen hiervon.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke ausgewählt ist aus Wachsmaisstärke, Maisstärke, Weizenstärke, Reisstärke und/oder Kartoffelstärke.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Substituenten der Polysaccharid-Derivate aus hydrophobisierenden Alkylethern, Alkylestern und/oder Alkylmischestern ausgewählt sind.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass kurzkettige Alkylgruppen (C₂-C₄) eingesetzt werden.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ester/Mischester ausgewählt. sind aus Acetaten, Propionaten, Butyraten und Mischestern der vorstehenden Ester mit langkettigen Fettsäuren (C₈-C₂₀).
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrophobe organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus chlorierten Kohlenwasserstoffen, wie CHCl₃, CH₂Cl₂, sowie anderen organischen Lösungsmitteln wie Ethern, Diethylether, Di-n-propylether, kurzkettigen Estern der Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl- und Hexylestern, sowie deren Isomeren, wie auch kurzkettigen Alkanen, wie Pentan, Hexan, Heptan, Octan und deren Isomeren.
Weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive ausgewählt sind aus Emulgatoren, Weichmachern und/oder Haftvermittlern.
Verfahren zur Herstellung einer weißen Beschichtung auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass ein weißpigmentfreier Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 appliziert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der weißpigmentfreie Beschichtungsstoff durch Aufstreichen, Besprühen, Aufschleudern oder Tauchen aufgebracht und einer gestuften Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Substrat aufgebrachte Beschichtungsstoff über eine Zeitspanne von 6 bis 72 Std. bei 15 bis 25°C getrocknet und anschließend über eine Zeitdauer von 1 bis 24 Std. bei einer Temperatur von 60 bis 180°C nachbehandelt wird.
Weißpigmentfreie Beschichtung auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch einen Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 gebildet ist.
Beschichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in Form eines Schaumes mit einer Hohlraumstruktur mit Hohlräumen im Bereich von 1 bis 100 μm vorliegt.
Beschichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine homogene Verteilung der Mikrohohlraumstrukturen vorliegt.