DE102013005479A1 - Process for the preparation of powder coating compositions with antimicrobial activity - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur antimikrobiellen Ausrüstung von duroplastischen Pulverlack-Beschichtungsmassen, wobei a) durch Interkalation einer antimikrobiell wirksamen polymeren kationischen Verbindung in ein Schichtsilikat ein modifziertes Schichtsilikat hergestellt wird und b) dieses modifizierte Schichtsilikat als pulverförmiges Additiv in das gleichfalls pulverförmige Matrixmaterial eingearbeitet wird. Als antimikrobielle kationische Verbindungen werden insbesondere polymere quartäre Ammoniumverbindungen verwendet.The invention relates to a process for the antimicrobial finishing of thermosetting powder coating compositions, wherein a) a modified layered silicate is produced by intercalation of an antimicrobial polymeric cationic compound into a layered silicate and b) this modified layered silicate is incorporated as a powdery additive into the likewise powdery matrix material. Polymeric quaternary ammonium compounds in particular are used as antimicrobial cationic compounds.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung antimikrobieller, duroplastisch vernetzender Pulverlack-Beschichtungsmassen. Es ist ein Ziel der Erfindung, Pulverlacke durch Einarbeitung eines Additives antimikrobiell auszurüsten.The invention relates to the production of antimicrobial, thermosetting crosslinking powder coating compositions. It is an object of the invention to provide antimicrobial powder coatings by incorporation of an additive.

Pulverbeschichtungsysteme werden aus funktionellen und/oder ästhetischen Gründen zur Beschichtung der Oberflächen von Gegenständen verwendet. Der Einsatz von Pulverlacken in den Bereichen Architektur, Automobil, Industrie und Haushalt ist nahezu unbegrenzt. So werden beispielsweise Treppengeländer, Türgriffe, Garagentore, Metallzäune, Lampen und Fassadenelemente derart beschichtet. Der Beschichtungsvorgang erfolgt, indem der Pulverlack zunächst elektrostatisch appliziert und dann bei Einbrenntemperaturen von 140°C bis 210°C ausgehärtet wird. Als Polymermatrix sind insbesondere Epoxid-, Polyester-, Polyurethan- und Acrylatharze geeignet sowie Hybrid-Systeme (Epoxypolyester) welche nach der Vernetzung ein duroplastisches Material ergeben. Ebenfalls eingesetzt werden Pulverlacke auf Basis thermoplastischer Matrixmaterialien.Powder coating systems are used for functional and / or aesthetic reasons to coat the surfaces of objects. The use of powder coatings in the areas of architecture, automotive, industry and household is almost unlimited. For example, banisters, door handles, garage doors, metal fences, lamps and façade elements are coated in this way. The coating process is carried out by the powder coating is first electrostatically applied and then cured at baking temperatures of 140 ° C to 210 ° C. Epoxy, polyester, polyurethane and acrylate resins are particularly suitable as polymer matrix, as well as hybrid systems (epoxy polyester) which, after crosslinking, give a thermosetting material. Also used are powder coatings based on thermoplastic matrix materials.

Die antimikrobielle Funktionalisierung von Oberflächen gewinnt aufgrund der rapide steigenden Verbrauchernachfrage stark an Bedeutung. Insbesondere in hygienesensitiven Bereichen wie im Gesundheitswesen ist es von großer Bedeutung, das Wachstum und die Verbreitung pathogener Keime zu verhindern.The antimicrobial functionalization of surfaces is becoming increasingly important due to rapidly increasing consumer demand. Especially in hygiene-sensitive areas such as health care, it is of great importance to prevent the growth and spread of pathogenic germs.

Bekannte Verfahren zur bioziden Ausrüstung von Pulverlacken umfassen die Einarbeitung von organischen Biozid-Wirkstoffen oder den Zusatz biozid wirkender Schwermetall-verbindungen zum Pulverlack.Known processes for the biocidal finishing of powder coatings include the incorporation of organic biocide active substances or the addition of biocidal heavy metal compounds to the powder coating.

So gibt US 5,238,749 an, dass Pulvermischungen aus Matrix-Material und Biozid-Wirkstoff in einem ein- oder zweistufigen Prozess zur Beschichtung verwendet werden können. In DE 10 2009 047 589 wird ausgeführt, dass Polyvinylacetal-Pulverlacke entweder durch Zusatz von metallischem Kupfer oder Silber oder durch Einarbeitung von bioziden Polymeren, deren Wirkung auf quartären Ammonium-Struktureinheiten beruht, beziehungsweise einer Kombination davon antimikrobiell ausgerüstet werden. US 6,093,407 erläutert, dass Pulverlacke während der Herstellung im Extrusionsprozess durch Einbringen organischer Biozid-Wirkstoffe antimikrobiell ausrüstbar sind.So there US 5,238,749 that powder mixtures of matrix material and biocidal agent can be used in a one- or two-stage coating process. In DE 10 2009 047 589 It is stated that polyvinyl acetal powder coatings are antimicrobially finished either by the addition of metallic copper or silver or by incorporation of biocidal polymers whose action is based on quaternary ammonium structural units or a combination thereof. US 6,093,407 explains that powder coatings can be equipped with antimicrobial properties during the production in the extrusion process by introducing organic biocidal agents.

Die Verwendung von Biozid-Wirkstoffen ist ebenfalls in DE 696 14 004 dargelegt. Diese werden entweder in Form eines Additives bei der Herstellung des Pulverlackes im Extrusionsprozess eingearbeitet oder aber in Form eines Pulvers mit dem fertigen Pulverlack vermischt. Pulverlacke mit antimikrobieller Wirkung werden nach EP 1 559 752 durch Zusatz silberhaltiger Additive erhalten. Die Additive enthalten das Silber entweder in metallischer Form oder in Form von Verbindungen welche Silberionen freisetzen können. In US 8,063,116 wird die Zubereitung von Pulverlacken beschrieben, indem Partikel enthaltend Metalle (Zn, Cu, Ag) oder Metallverbindungen mit biozider Wirkung erwärmt werden und danach mit den separat erwärmten Partikeln des Matrixharzes innig in Kontakt gebracht werden. Die Temperatur wird dabei so gewählt, dass es nicht gleichzeitig zu einer Agglomeration der Matrixharz-Partikel kommt.The use of biocidal agents is also in DE 696 14 004 explained. These are incorporated either in the form of an additive in the preparation of the powder coating in the extrusion process or mixed in the form of a powder with the finished powder coating. Powder coatings with antimicrobial effect are after EP 1 559 752 obtained by adding silver-containing additives. The additives contain the silver either in metallic form or in the form of compounds which can release silver ions. In US 8,063,116 the preparation of powder coatings is described by particles containing metals (Zn, Cu, Ag) or metal compounds are heated with biocidal effect and then brought into intimate contact with the separately heated particles of the matrix resin. The temperature is chosen so that it does not come at the same time to agglomeration of the matrix resin particles.

US 7,736,694 legt die Ausrüstung von thermoplastischen Pulverlack-Matrices mit antimikrobiellen Naturstoffen, vorzugsweise Chitosan, dar, welche durch Säurebehandlung in Salze überführt und als Pulver in die Schmelze eincompoundiert werden. Polyamidbasierende Pulverlacke mit antimikrobieller Modifizierung und ihre Herstellung werden in US 2003/0171452 erwähnt. Metalle und/oder Metallverbindungen (Zn, Ag) werden auf verschiedene Weise in Polyamide, insbesondere Polyamid 11 und Polyamid 12, eingebracht. Die Einarbeitung flüssiger organischer Biozid-Wirkstoffe beschreibt unter anderem WO 99/18162 . Die Verteilung in der Pulverlackmatrix erfolgt durch Compoundieren während der Pulverlackherstellung. Als Matrix-Harz können alle gängigen duromer vernetzenden Pulverlacksysteme verwendet werden. US 7,736,694 discloses the finishing of thermoplastic powder coating matrices with antimicrobial natural products, preferably chitosan, which are salified by acid treatment and compounded as a powder into the melt. Polyamide-based powder coatings with antimicrobial modification and their preparation are available in US 2003/0171452 mentioned. Metals and / or metal compounds (Zn, Ag) are incorporated in various ways in polyamides, in particular polyamide 11 and polyamide 12. The incorporation of liquid organic biocide active substances describes inter alia WO 99/18162 , The distribution in the powder coating matrix takes place by compounding during powder coating production. As matrix resin, all common duromer crosslinking powder coating systems can be used.

In WO 02/087339 ist der Einsatz anorganischer Wirkstoffe für Pulverlacke zur Beschichtung von Blechen dargelegt. Die Wirkstoffe bestehen aus inerten anorganischen Partikeln als Trägermaterial mit einer Beschichtung aus einem Metall oder einer Metallverbindung (Zn, Cu, Ag). Antimikrobielle und fungizide Pulverlacke auf Polyester-Harz-Basis können laut JP 11116853 hergestellt werden, indem die für die Herstellung der Pulverlacke verwendete Polyester-Komponente mit Biguanidin oder einem Biguanidin-Derivat in einem Kneter vermischt wird. Die Verwendung von Metallen oder Metallverbindungen zur antimikrobiellen Ausrüstung von Pulverlacken wird ebenfalls in einer Reihe japanischer Patentschriften ausgeführt, bei den Wirkstoffen handelt es sich zumeist um Silber oder dessen Verbindungen enthaltende anorganische Trägermaterialien ( JP 2001329215 ( WO 01/90259 ), JP 08060036 , JP 10168346 , JP 09263715 , JP 08217998 , JP 08157750 ).In WO 02/087339 is the use of inorganic active ingredients for powder coatings for the coating of sheet set forth. The active substances consist of inert inorganic particles as carrier material with a coating of a metal or a metal compound (Zn, Cu, Ag). Anti-microbial and fungicidal powder coatings based on polyester resin can be loud JP 11116853 can be prepared by mixing the polyester component used for the preparation of the powder coatings with biguanidine or a biguanidine derivative in a kneader. The use of metals or metal compounds for antimicrobial finishing of powder coatings is also carried out in a number of Japanese patents, the active ingredients are mostly silver or its compounds containing inorganic support materials ( JP 2001329215 ( WO 01/90259 ) JP 08060036 . JP 10168346 . JP 09263715 . JP 08217998 . JP 08157750 ).

Geeignete quartäre Ammoniumverbindungen (QAV, Quats) sind bereits seit langem für ihre biozide Wirkung bekannt und werden unter anderem als Desinfektionsmittel in Krankenhäusern, bei der Lebensmittelverarbeitung, in der Landwirtschaft und im Holzschutz eingesetzt. Polymere quartäre Ammoniumverbindungen (Polyquaternium, Polyquats) stellen die polymeren Analoga der Quats dar und enthalten als Ionenpolymere quartären Stickstoff in der Hauptkette des Polymers. Ihre biologische Aktivität ist ebenfalls seit langem wohlbekannt ( A. Rembaum, Biological Activity of Ionene Polymers, Applied Polymer Symposium Nr. 22, 299–317 (1973) ). Polyquats werden häufig als Microbizide und Algizide in der Wasseraufbereitung eingesetzt. Aufgrund ihrer guten Wasserlöslichkeit und begrenzten thermischen Beständigkeit sind sie in reiner Form nicht geeignet, um als Biozid-Additiv für Polymerwerkstoffe eingesetzt zu werden. Suitable quaternary ammonium compounds (QACs, quats) have long been known for their biocidal activity and are used, inter alia, as disinfectants in hospitals, in food processing, in agriculture and in wood preservation. Polymeric quaternary ammonium compounds (polyquaternium, polyquats) are the polymeric analogs of the quats and contain as quaternary nitrogen ionic polymers in the main chain of the polymer. Their biological activity has also been well-known for a long time ( A. Rembaum, Biological Activity of Ionene Polymers, Applied Polymer Symposium No. 22, 299-317 (1973) ). Polyquats are often used as microbicides and algicides in water treatment. Due to their good water solubility and limited thermal stability they are not suitable in pure form to be used as a biocide additive for polymer materials.

Schichtsilikate besitzen aufgrund ihres Aufbaues eine Kationenaustauschkapazität, d. h. es können die zwischen den Schichten befindlichen Kationen gegen andere Kationen substituiert werden (Intercalation). In natürlich vorkommenden Schichtsilikaten können die vorhandenen Alkali- und Erdalkalimetallionen so gegen organische Kationen ausgetauscht werden. Auf die gleiche Weise sind Polyquats zur Intercalation in Schichtsilikate befähigt. Die so erhaltenen Organoclays sind in organischen Medien leicht dispergierbar und werden in großem Umfang unter anderem als Rheologie-Additive, Absorber oder Additive zur Herstelung von Nanocompositen verwendet.Phyllosilicates, due to their structure, have a cation exchange capacity, i. H. The cations between the layers can be substituted by other cations (intercalation). In naturally occurring phyllosilicates, the existing alkali and alkaline earth metal ions can be exchanged for organic cations. In the same way polyquats are capable of intercalation in phyllosilicates. The organoclays thus obtained are readily dispersible in organic media and are widely used inter alia as rheology additives, absorbers or additives for the production of nanocomposites.

Die Einarbeitung organisch modifizierter Schichtsilikate in polymere Substrate verleiht diesen antimikrobielle Eigenschaften. In WO 06/136397 ist beschrieben, dass derartige Schichtsilikate bevorzugt unter Scherung in Polymere eingemischt werden, entweder bei der Herstellung des Polymers oder während der Verarbeitung. Für die Intercalation werden in erster Linie quartäre Ammoniumverbindungen verwendet. Als organisch modifizierte Schichtsilikate werden dabei bevorzugt solche eingesetzt, die über ihre Kationenaustauschkapazität hinaus mit dem zur Intercalation fähigen Stoff beladen sind. Ebenfalls können zusätzlich nichtionische antimikrobielle Wirkstoffe zugesetzt werden. Die Einlagerung polymerer ionischer Verbindungen mit antimikrobieller Wirksamkeit in Polymere ist in US 2010/0216908 ausgeführt. Eine Verwendung der modifizierten Schichtsilikate als Additiv in Pulverlacken ist nicht erwähnt.The incorporation of organically modified phyllosilicates into polymeric substrates gives them antimicrobial properties. In WO 06/136397 It is described that such sheet silicates are preferably mixed under shear into polymers, either in the preparation of the polymer or during processing. For intercalation, primarily quaternary ammonium compounds are used. The organically modified phyllosilicates used are preferably those which are loaded beyond their cation exchange capacity with the substance capable of intercalation. It is also possible to additionally add nonionic antimicrobial agents. The incorporation of polymeric ionic compounds with antimicrobial activity in polymers is known in US 2010/0216908 executed. A use of the modified phyllosilicates as an additive in powder coatings is not mentioned.

Die Verwendung organisch modifizierter Schichtsilikate als Ladungssteuerungsmittel in Pulverlacken und Tonern ist in DE 10 2004 024 001 dargelegt. Die Einarbeitung erlaubt die gezielte Variation der elektrostatischen Aufladung und damit die Beeinflussung des Pulverbeschichtungsprozesses. Der Einsatz zur antimikrobiellen Ausrüstung von Pulverlacken ist nicht ausgeführt.The use of organically modified layered silicates as charge control agents in powder coatings and toners is disclosed in US Pat DE 10 2004 024 001 explained. The incorporation allows the targeted variation of the electrostatic charge and thus the influence of the powder coating process. The use for antimicrobial finishing of powder coatings is not carried out.

Sowohl die Einarbeitung niedermolekularer organischer als auch anorganischer Wirkstoffe auf der Basis von Metallverbindungen ist jedoch mit Problemen behaftet. So ist bekannt, dass der Zusatz von Schwermetallverbindungen als Additiv sich negativ auf die Alterungsbeständigkeit polymerbasierter Matrixmaterialien auswirkt, da thermisch oder durch Lichteinstrahlung chemische Reaktionen induziert werden können, welche zum teilweisen Abbau der polymeren Matrix führen. Schwermetallverbindungen können ebenfalls eine Einfärbung der damit modifizierten Matrix verursachen. Die Verwendung von nanoskaligem Silber als Additiv ist, abhängig vom Masseanteil, beispielsweise mit einem gelblichen Farbton damit ausgerüsteter Materialien verbunden. Aufgrund der Umgebungsbedingungen ist es auch möglich, dass Schwermetalle durch einwirkende Medien komplexiert und so aus dem Materialverbund herausgelöst werden.However, the incorporation of low molecular weight organic and inorganic compounds based on metal compounds is fraught with problems. Thus, it is known that the addition of heavy metal compounds as an additive has a negative effect on the aging resistance of polymer-based matrix materials, since chemical reactions can be induced thermally or by light irradiation, which leads to partial degradation of the polymeric matrix. Heavy metal compounds can also cause coloration of the matrix modified therewith. The use of nanoscale silver as an additive, depending on the mass fraction, for example, associated with a yellowish hue equipped materials. Due to the environmental conditions, it is also possible that heavy metals are complexed by acting media and thus dissolved out of the composite materials.

Werden organische Biozid-Wirkstoffe in Pulverlacke eingearbeitet, so liegen sie nach dem Beschichtungsvorgang entweder physikalisch gelöst oder feindispers als Partikel in der Pulverlackmatrix vor. Eine biozide Wirkung erfolgt durch Freisetzung geringer Mengen des Wirkstoffs an der Grenzfläche zur Umgebung. Abhängig von den Umgebungsbedingungen kann eine Erschöpfung des Wirkstoffdepots an der Pulverlackoberfläche eintreten, wenn weiterer Wirkstoff derart fest im Matrixmaterial fixiert ist, dass er nicht durch Transportvorgänge aus darunterliegendem Material nachgeliefert wird. Die Folge ist eine Unterschreitung der minimalen Hemm-Konzentration und damit ein Verlust der bioziden Wirkung.If organic biocide active ingredients are incorporated in powder coatings, they are either physically dissolved or finely dispersed as particles in the powder coating matrix after the coating process. A biocidal effect is achieved by release of small amounts of the active ingredient at the interface with the environment. Depending on the environmental conditions, depletion of the active substance depot at the powder coating surface may occur if further active ingredient is fixed so firmly in the matrix material that it is not replenished by transport processes from underlying material. The consequence is a shortfall of the minimum inhibitory concentration and thus a loss of the biocidal effect.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile duromer vernetzende Pulverlack-Matrices durch Zusatz eines Additives dauerhaft antimikrobiell auszurüsten. Unter „antimikrobieller Ausrüstung” wird eine antimikrobielle, d. h. eine antibakterielle, fungizide und/oder viruzide Funktionalisierung des damit modifizierten Materials verstanden.The invention is therefore based on the object, while avoiding the disadvantages described above duromer crosslinking powder coating matrices by adding an additive permanently antimicrobial equip. By "antimicrobial finish" is meant an antimicrobial, i. H. understood an antibacterial, fungicidal and / or virucidal functionalization of the thus modified material.

Erfindungsgemäß ist es für die Herstellung von antimikrobiell ausgerüsteten Pulverlacken einerseits möglich, in Pulverlacke bereits während des Herstellungsprozesses biozide Wirkstoffe einzuarbeiten, andererseits ist es ökonomisch von Vorteil, kleinere Mengen an Pulverlacken nachträglich durch Zugabe und Einmischung eines Additives mit einer bioziden Wirkung zu versehen.According to the invention, it is possible for the production of antimicrobial powder coatings on the one hand already incorporate biocidal active ingredients in powder coatings during the manufacturing process, on the other hand, it is economically advantageous to provide smaller amounts of powder coatings subsequently by adding and mixing an additive with a biocidal effect.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass dem Pulverlack-Matrixmaterial ein Additiv beigefügt wird, welches ein inertes silikatisches Trägermaterial umfasst an dem eine polymere kationische Verbindung mit antimikrobieller Wirksamkeit fixiert ist. Bevorzugt wird als kationische Verbindung mit antimikrobieller Wirkung dabei eine polymere quartäre Ammoniumverbindung verwendet. According to the invention, the object is achieved by adding an additive to the powder coating matrix material which comprises an inert silicate carrier material to which a polymeric cationic compound having antimicrobial activity is fixed. A cationic compound having an antimicrobial effect is preferably a polymeric quaternary ammonium compound.

Als Ausgangsstoff kann es sich bei den für die Intercalation verwendeten Schichtsilikaten um natürliche Schichtsilikate ausgewählt aus der Gruppe der Smektit-Tone, wie Montmorillonit, Saponit, Hectorit, Glimmer, Vermiculit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, um synthetische Schichtsilikate wie synthetischen Glimmer, synthetischen Saponit, synthetischen Hectorit, Laponit oder um modifizierte Schichtsilikate wie Fluorhectorit oder Mischungen davon handeln.The starting material used in the phyllosilicates used for the intercalation to natural phyllosilicates selected from the group of smectite clays, such as montmorillonite, saponite, hectorite, mica, vermiculite, nontronite, beidellite, Volkonskoit, sauconite, magadiite, Kenyait to synthetic phyllosilicates such as synthetic mica, synthetic saponite, synthetic hectorite, laponite or modified phyllosilicates such as fluorhectorite or mixtures thereof.

Es sind zahlreiche Verfahren zur Modifikation von Schichtsilikaten mit organischen Kationen bekannt, und jedes derselben kann in dem Verfahren dieser Erfindung verwendet werden.Numerous methods of modifying phyllosilicates with organic cations are known, and any of them can be used in the process of this invention.

Bevorzugt erfolgt die Interkalation, indem Montmorillonit in Wasser zu einer Suspension dispergiert und die kationischen Verbindung als wässrige Lösung zugesetzt wird, wobei das modifizierte Schichtsilikat ausflockt. Nach der Trocknung wird das Produkt durch eine Vermahlung mit nachfolgender Klassierung auf eine Korngröße von kleiner als 60 μm in ein feindisperses Pulver überführt.Preferably, the intercalation is carried out by dispersing montmorillonite in water to a suspension and adding the cationic compound as an aqueous solution, wherein the modified phyllosilicate flocculates. After drying, the product is converted by grinding with subsequent classification to a particle size of less than 60 microns in a finely dispersed powder.

Derart organisch modifizierte Schichtsilikate sind im Temperaturbereich bis 200°C thermisch stabil und eigenen sich demzufolge als Additiv für Pulverlacke.Such organically modified phyllosilicates are thermally stable in the temperature range up to 200 ° C and are therefore suitable as an additive for powder coatings.

Gemäß der Erfindung handelt es sich bei der kationischen Verbindung um eine polymere kationische Verbindung mit antimikrobieller Wirkung.According to the invention, the cationic compound is a polymeric cationic compound having antimicrobial activity.

Bevorzugt als polymere kationische Verbindungen werden polymere quartäre Ammoniumverbindungen (Polyquats) verwendet, welche die nachfolgend dargestellten Struktureinheiten aufweisen:

Figure DE102013005479A1_0001
Preferred polymeric cationic compounds are polymeric quaternary ammonium compounds (polyquats) which have the structural units shown below:
Figure DE102013005479A1_0001

In dieser Formel stellen R1, R2, R3 und R4 C1-C18-Alkylgruppen oder C1-C18-Aralkylgruppen dar und können gleich oder verschieden sein. Bevorzugte Reste sind dabei C1-C3-Alkylgruppen. Bei dem Rest „A” handelt es sich um C1-C10-Alkylen, C2-C10-Alkenylen, C2-C10-Alkinylen, C1-C10-Hydroxyalkylen, symmetrischen oder unsymmetrischen Di-C1-C10-alkylenether, Arylen, Arylen-C1-C10-alkylen oder C1-C10-Alkylenaryl-C1-C10-alkylen. Vorzugsweise ist „A” -CH2CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH2- oder -CH2CH2OCH2CH2-. Rest „B” stellt C1-C10-Alkylen, C2-C10-Alkenylen, C2-C10-Alkinylen, C1-C10-Hydroxalkylen, Arylen, Arylen-C1-C10-alkylen oder C1-C10-Alkylenaryl-C1-C10-alkylen dar. Bevorzugt ist „B” -CH2CH2-, -(CH2)3-, -(CH2)4- oder -(CH2)6-. Als Anionen zum Ausgleich der kationischen Ladung werden solche ausgewählt, die im Temperaturbereich bis 200°C thermisch stabil sind. Bevorzugt handelt es sich dabei um Halogenid-Ionen.In this formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent C 1 -C 18 alkyl groups or C 1 -C 18 aralkyl groups and may be the same or different. Preferred radicals are C 1 -C 3 -alkyl groups. The radical "A" is C 1 -C 10 -alkylene, C 2 -C 10 -alkenylene, C 2 -C 10 -alkynylene, C 1 -C 10 -hydroxyalkylene, symmetrical or unsymmetrical di-C 1 - C 10 -alkylene ether, arylene, arylene-C 1 -C 10 -alkylene or C 1 -C 10 -alkylenearyl-C 1 -C 10 -alkylene. Preferably, "A" is -CH 2 CH 2 CH 2 -, -CH 2 CH (OH) CH 2 - or -CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 -. Radical "B" represents C 1 -C 10 -alkylene, C 2 -C 10 -alkenylene, C 2 -C 10 -alkynylene, C 1 -C 10 -hydroxyalkylene, arylene, arylene-C 1 -C 10 -alkylene or C 1 -C 10 -alkylenearyl-C1 -C10 alkylene is preferred is "B" is -CH 2 CH 2 -., - (CH 2) 3 -, - (CH 2) 4 - or - (CH 2) 6 -. As anions to compensate for the cationic charge, those are selected which are thermally stable in the temperature range up to 200 ° C. These are preferably halide ions.

Derartige Polyquats sind beispielsweise durch Umsetzung von tertiären Diaminen der Formel R5R6N-C-NR7R8 mit α,ω-Dihalogenalkanen über eine Poly-Menschutkin-Reaktion zugänglich. Ebenfalls möglich ist eine Herstellung durch Umsetzung sekundärer Amine der Formel R9R10NH mit einem Halogenepoxid wie beispielsweise Epichlorhydrin. R5 bis R10 stellen dabei organische Reste dar.Such polyquats are accessible, for example, by reaction of tertiary diamines of the formula R 5 R 6 NC-NR 7 R 8 with α, ω-dihaloalkanes via a poly-humanutkin reaction. Also possible is a preparation by reacting secondary amines of the formula R 9 R 10 NH with a halogenated epoxide such as epichlorohydrin. R 5 to R 10 represent organic radicals.

Polymere kationische Verbindungen können ebenfalls erhalten werden, indem tertiäre Diamine umgesetzt werden, in denen die Stickstoffatome als Teil einer heterocyclischen Verbindung vorliegen. Bevorzugt wird als tertiäres Diamin 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (Triethylendiamin) verwendet.Polymeric cationic compounds can also be obtained by reacting tertiary diamines in which the nitrogen atoms are present as part of a heterocyclic compound. The tertiary diamine used is preferably 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane (triethylenediamine).

Gemäß der Erfindung erfolgt die Einarbeitung der modifizierten Schichtsilikate in Pulverlacke durch Vermischen des zu modifizierenden Pulverlackes mit dem Additiv, wobei alle geeigneten verfahrenstechnischen Methoden genutzt werden können. So können die Pulver beispielsweise in einem Trommelmischer, einem Trogmischer oder einem pneumatischen Mischer miteinander homogenisiert werden. Die Verarbeitung der modifizierten Pulverlacke erfolgt durch elektrostatische Applikation mit nachfolgender thermischer Aushärtung.According to the invention, the incorporation of the modified phyllosilicates in powder coatings takes place by mixing the powder coating to be modified with the additive, wherein all suitable process engineering methods can be used. For example, the powders can be homogenized with one another in a drum mixer, a tray mixer or a pneumatic mixer. The processing of the modified powder coatings is carried out by electrostatic application with subsequent thermal curing.

Das modifizierte Schichtsilikat wird dem Matrixmaterial bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 5,00 Masseprozent zugesetzt. Es ist ebenfalls möglich, das modifizierte Schichtsilikat dem Pulverlack in Form eines Masterbatches beizufügen. Für die Herstellung des Masterbatches wird das modifizierte Schichtsilikat in einer Menge von 5 bis 30 Masseprozent mit dem Bindemittel des zu modifizierenden Pulverlackes vermischt. Durch Extrusion erfolgt die feindisperse Verteilung des Schichtsilikates, die Schmelze wird nach dem Abkühlen zerkleinert, vermahlen und klassiert. The modified layered silicate is added to the matrix material preferably in an amount of 0.01 to 5.00 mass%. It is also possible to add the modified phyllosilicate to the powder coating in the form of a masterbatch. For the preparation of the masterbatch, the modified phyllosilicate is mixed in an amount of 5 to 30% by mass with the binder of the powder coating to be modified. By extrusion, the finely dispersed distribution of the phyllosilicate takes place, the melt is comminuted, ground and classified after cooling.

Beispiel 1example 1

Herstellung eines Ionenpolymers durch Quaternierung von Triethylendiamin mit 1,6-DibromhexanPreparation of an ionene polymer by quaternization of triethylenediamine with 1,6-dibromohexane

Bei Raumtemperatur werden 10 g Triethylendiamin unter Rühren in 150 ml Dimethylformamid gelöst, dazu werden unter Rühren 21,75 g 1,6-Dibromhexan gegeben. Es wird für 10 h bei Raumtemperatur gerührt und danach für 6 h bei 100°C. Durch Vakuumdestillation des Dimethylformamids wird die Lösung eingeengt. Es wird durch Zugabe des vierfachen Volumens an Diethylether ausgefällt, abgesaugt und mehrfach mit Diethylether gewaschen. Nach der Trocknung wird das Produkt zweimal aus Ethanol umkristallisiert und im Vakuum bei 80°C getrocknet.At room temperature, 10 g of triethylenediamine are dissolved with stirring in 150 ml of dimethylformamide, to 21.75 g of 1,6-dibromohexane are added with stirring. It is stirred for 10 h at room temperature and then for 6 h at 100 ° C. By vacuum distillation of the dimethylformamide, the solution is concentrated. It is precipitated by adding four times the volume of diethyl ether, filtered off with suction and washed several times with diethyl ether. After drying, the product is recrystallized twice from ethanol and dried in vacuo at 80 ° C.

Beispiel 2Example 2

Herstellung eines Ionenpolymers durch Quaternierung von 1,6-Bis(dimethylamino)-hexan mit 1,6-DibromhexanPreparation of an ionene polymer by quaternization of 1,6-bis (dimethylamino) hexane with 1,6-dibromohexane

Bei Raumtemperatur werden 10 g 1,6-Bis(dimethylamino)-hexan unter Rühren in 150 ml Dimethylformamid gelöst, dazu werden unter Rühren 14,16 g 1,6-Dibromhexan gegeben. Es wird für 10 h bei Raumtemperatur gerührt und danach für 6 h bei 100°C. Durch Vakuumdestillation des Dimethylformamids wird die Lösung eingeengt. Es wird durch Zugabe des vierfachen Volumens an Diethylether ausgefällt, abgesaugt und mehrfach mit Diethylether gewaschen. Nach der Trocknung wird das Produkt zweimal aus Ethanol umkristallisiert und im Vakuum bei 80°C getrocknet.At room temperature, 10 g of 1,6-bis (dimethylamino) -hexane are dissolved with stirring in 150 ml of dimethylformamide, to this 14.16 g of 1,6-dibromohexane are added with stirring. It is stirred for 10 h at room temperature and then for 6 h at 100 ° C. By vacuum distillation of the dimethylformamide, the solution is concentrated. It is precipitated by adding four times the volume of diethyl ether, filtered off with suction and washed several times with diethyl ether. After drying, the product is recrystallized twice from ethanol and dried in vacuo at 80 ° C.

Beispiel 3Example 3

Durchführung der Intercalation und Herstellung des AdditivesCarrying out the intercalation and production of the additive

30 g Bentonit (pH 7–12) werden mit einem Dissolver bei 80°C in 1000 ml deionisiertem Wasser dispergiert und für 4 h gerührt. Zu der Suspension wird 5 g des aus der Synthese in Beispiel 1 bzw. Beispiel 2 erhaltenen Produktes in Form einer 50%igen wässrigen Lösung langsam zugegeben. Die Mischung wird anschließend für weitere 2 h bei 80°C gerührt. Der Feststoff wird abgesaugt, mehrfach mit deionisiertem Wasser gewaschen und in 300 ml Ethanol unter Rühren bei Raumtemperatur redispergiert. Es wird für eine Stunde gerührt, der Feststoff abgesaugt, mehrfach mit Ethanol gewaschen und im Vakuum bei 80°C getrocknet. Es wird in einer Labormühle vermahlen und durch Siebung klassiert. Als Additiv für die Einarbeitung in Pulverlacke wird die Pulverfraktion d < 90 μm verwendet. Das Pulver wird im Vakuum bei 80°C für weitere 5 h getrocknet. Der Gehalt an intercaliertem Wirkstoff ergibt sich über thermogravimetrische Analyse als Masseverlust (200°C–800°C) zu 14,3% (Beispiel 1) bzw. 13,8% (Beispiel 2).30 g bentonite (pH 7-12) are dispersed with a dissolver at 80 ° C in 1000 ml of deionized water and stirred for 4 h. 5 g of the product obtained from the synthesis in Example 1 or Example 2 are slowly added to the suspension in the form of a 50% strength aqueous solution. The mixture is then stirred for a further 2 h at 80 ° C. The solid is filtered off, washed several times with deionized water and redispersed in 300 ml of ethanol with stirring at room temperature. The mixture is stirred for one hour, the solid filtered off with suction, washed several times with ethanol and dried in vacuo at 80 ° C. It is ground in a laboratory mill and classified by sieving. As an additive for incorporation in powder coatings, the powder fraction d <90 microns is used. The powder is dried in vacuo at 80 ° C for a further 5 h. The content of intercalated active ingredient is given by thermogravimetric analysis as a weight loss (200 ° C-800 ° C) to 14.3% (Example 1) and 13.8% (Example 2).

Beispiel 4Example 4

Einarbeitung des Additives in Pulverlacke und Beschichtung von ProbekörpernIncorporation of the additive in powder coatings and coating of specimens

Es werden 400 g des zu modifizierenden Pulverlackes (Typen Ganzlin AP-TM419, Polyester glatt tiefmatt; Ganzlin GR-SG414, Epoxid glatt seidenglänzend; Fa. Ganzlin Beschichtungspulver GmbH) mit 20 g des erhaltenen pulverförmigen Additives vereinigt und in einem Pulvermischer intensiv vermischt (Pulvermischer MP-6, Fa. BIOMATION Wissenschaftliche Geräte GmbH; 10 min Mischdauer mit 60 U/min). Die erhaltene homogene Pulvermischung wird elektrostatisch auf Aluminiumbleche mit den Maßen 147 mm × 75 mm × 1,5 mm appliziert und bei 200°C für 10 min thermisch ausgehärtet. Die Oberfläche der beschichteten Probekörper ist fehlerfrei und weist keine Unterschiede im Vergleich mit beschichteten Probekörpern auf Basis der unmodifizierten Pulverlacke auf.400 g of the powder coating material to be modified (types Ganzlin AP-TM419, polyester smooth deep matt, Ganzlin GR-SG414, epoxide smooth silk gloss, Ganzlin Beschichtungspulver GmbH) are combined with 20 g of the resulting powdery additive and thoroughly mixed in a powder mixer (powder mixer MP-6, BIOMATION Scientific Equipment GmbH; 10 min mixing time at 60 rpm). The homogeneous powder mixture obtained is electrostatically applied to aluminum plates measuring 147 mm × 75 mm × 1.5 mm and thermally cured at 200 ° C. for 10 minutes. The surface of the coated specimens is error-free and shows no differences in comparison with coated specimens based on the unmodified powder coatings.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Verfahren zur Herstellung von Pulverlack-Beschichtungsmassen mit antimikrobieller Wirkung, wobei die Pulverlack-Beschichtungsmasse ein duroplastisch vernetzendes Matrixmaterial und ein antimikrobiell wirksames Additiv enthält, dadurch gekennzeichnet, dass a) durch Intercalation einer polymeren kationischen Verbindung mit antimikrobieller Wirkung aus einem Schichtsilikat ein modifiziertes Schichtsilikat hergestellt wird und b) ein derart erhaltenes modifiziertes Schichtsilikat mit antimikrobieller Wirkung in Form eines Pulvers in das pulverförmige Matrixmaterial eingearbeitet wird.A process for the preparation of powder coating compositions having antimicrobial activity, wherein the powder coating composition contains a thermosetting crosslinking matrix material and an antimicrobial additive, characterized in that a) a modified phyllosilicate is prepared by intercalating a polymeric cationic compound having antimicrobial activity from a phyllosilicate and b) incorporating a modified phyllosilicate having antimicrobial action in the form of a powder into the powdered matrix material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Matrixmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe der Epoxydharze, Polyesterharze, Polyurethanharze, Acrylatharze und Epoxypolyesterharze.A method according to claim 1, characterized in that the powdery matrix material is selected from the group of epoxy resins, polyester resins, polyurethane resins, acrylate resins and Epoxypolyesterharze. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das antimikrobiell wirksame Additiv als modifiziertes Schichtsilikat über einen Kationenaustausch an einem Ausgangsstoff unter Verwendung einer oder mehrerer polymerer kationischer Verbindungen mit antimikrobiellen Eigenschaften hergestellt wird.A method according to claim 1, characterized in that the antimicrobial additive is prepared as a modified layered silicate via a cation exchange on a starting material using one or more polymeric cationic compounds having antimicrobial properties. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Intercalation als Ausgangsstoff verwendete Schichtsilikat entsprechend der vollständigen Kationenaustauschkapazität mit organischen Kationen beladen wird.A method according to claim 3, characterized in that the phyllosilicate used as starting material for the intercalation is loaded according to the complete cation exchange capacity with organic cations. Verfahren nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem als Ausgangsstoff für die Intercalation verwendeten Schichtsilikaten um natürliche Schichtsilikate handelt ausgewählt aus der Gruppe der Smektit-Tone, wie Montmorillonit, Saponit, Hectorit, Glimmer, Vermiculit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, um synthetische Schichtsilikate wie synthetischen Glimmer, synthetischen Saponit, synthetischen Hectorit, Laponit und um modifizierte Schichtsilikate wie Fluorhectorit sowie Mischungen davon.Process according to Claims 3 to 4, characterized in that the phyllosilicates used as starting material for the intercalation are natural phyllosilicates selected from the group of the smectite clays, such as montmorillonite, saponite, hectorite, mica, vermiculite, nontronite, beidellite, Volkonskoit, Sauconit, Magadiit, Kenyait to synthetic phyllosilicates such as synthetic mica, synthetic saponite, synthetic hectorite, laponite and modified phyllosilicates such as fluorhectorite and mixtures thereof. Verfahren nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem als Ausgangsstoff für die Intercalation verwendeten Schichtsilikat um natürlich vorkommenden oder chemisch modifizierten Bentonit handelt.A method according to claim 3 to 4, characterized in that the phyllosilicate used as starting material for the intercalation is naturally occurring or chemically modified bentonite. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten kationischen Verbindungen polymere quartäre Ammoniumverbindungen darstellen, welche die nachfolgend dargestellten Struktureinheiten aufweisen:
Figure DE102013005479A1_0002
wobei R1, R2, R3 und R4 C1-C18-Alkylgruppen oder C1-C18-Aralkylgruppen darstellen und gleich oder verschieden sein können. Bevorzugte Reste sind dabei C1-C3-Alkylgruppen. Bei dem Rest „A” handelt es sich um C1-C10-Alkylen, C2-C10-Alkenylen, C2-C10-Alkinylen, C1-C10-Hydroxyalkylen, symmetrischen oder unsymmetrischen Di-C1-C10-alkylenether, Arylen, Arylen-C1-C10-alkylen oder C1-C10-Alkylenaryl-C1-C10-alkylen. Vorzugsweise ist „A” -CH2CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH2- oder -CH2CH2OCH2CH2-. Rest „B” stellt C1-C10-Alkylen, C2-C10-Alkenylen, C2-C10-Alkinylen, C1-C10-Hydroxalkylen, Arylen, Arylen-C1-C10-alkylen oder C1-C10-Alkylenaryl-C1-C10-alkylen dar. Bevorzugt ist „B” -CH2CH2-, -(CH2)3-, -(CH2)4- oder -(CH2)6-. Als Anionen zum Ausgleich der kationischen Ladung werden solche ausgewählt, die im Temperaturbereich bis 200°C thermisch stabil sind. Bevorzugt handelt es sich dabei um Halogenid-Ionen.
Process according to Claim 3, characterized in that the said cationic compounds are polymeric quaternary ammonium compounds which have the structural units shown below:
Figure DE102013005479A1_0002
wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent C 1 -C 18 alkyl groups or C 1 -C 18 aralkyl groups and may be the same or different. Preferred radicals are C 1 -C 3 -alkyl groups. The radical "A" is C 1 -C 10 -alkylene, C 2 -C 10 -alkenylene, C 2 -C 10 -alkynylene, C 1 -C 10 -hydroxyalkylene, symmetrical or unsymmetrical di-C 1 - C 10 -alkylene ether, arylene, arylene-C 1 -C 10 -alkylene or C 1 -C 10 -alkylenearyl-C 1 -C 10 -alkylene. Preferably, "A" is -CH 2 CH 2 CH 2 -, -CH 2 CH (OH) CH 2 - or -CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 -. Radical "B" represents C 1 -C 10 -alkylene, C 2 -C 10 -alkenylene, C 2 -C 10 -alkynylene, C 1 -C 10 -hydroxyalkylene, arylene, arylene-C 1 -C 10 -alkylene or C 1 -C 10 -alkylenearyl-C 1 -C 10 -alkylene is preferred is "B" is -CH 2 CH 2 -., - (CH 2) 3 -, - (CH 2) 4 - or - (CH 2) 6 -. As anions to compensate for the cationic charge, those are selected which are thermally stable in the temperature range up to 200 ° C. These are preferably halide ions.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten kationischen Verbindungen polymere quartäre Ammoniumverbindungen darstellen, welche kationische Struktureinheiten mit zwei quartären Stickstoffatomen enthalten, die sich vom 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan ableiten.A process according to claim 3, characterized in that said cationic compounds are polymeric quaternary ammonium compounds containing cationic repeating units having two quaternary nitrogen atoms derived from 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das antimikrobiell wirksame organophile Schichtsilikat in das Matrixmaterial in einer Menge von 0,1 bis 5 Masseprozent, bezogen auf das Matrixmaterial, vor der Verarbeitung der Pulverlack-Beschichtungsmassen eingearbeitet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the antimicrobially active organophilic layered silicate is incorporated into the matrix material in an amount of 0.1 to 5 percent by mass, based on the matrix material, prior to the processing of the powder coating coating compositions. Pulverlack-Beschichtungsmasse, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein duroplastisch vernetzendes Matrixmaterial und ein nach Anspruch 3 durch Intercalation eines kationischen Polymers in ein Schichtsilikat erhaltenes antimikrobiell wirksames Additiv enthält.Powder coating composition, characterized in that it contains a thermosetting crosslinking matrix material and an antimicrobial additive obtained according to claim 3 by intercalation of a cationic polymer in a sheet silicate. Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiellen Additivs für Pulverlack-Beschichtungsmassen als pulverförmiges Masterbatch, enthaltend ein modifiziertes Schichtsilikat und ein Pulverlack-Bindemittel wie in den vorstehenden Ansprüchen beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Schichtsilikat durch Extrusion in die Schmelze des Pulverlack-Bindemittels mit einem Anteil von 5 bis 30 Masseprozent, bezogen auf das Produkt, eingearbeitet und die als Produkt erhaltene Schmelze zu einem pulverförmigen Masterbatch weiterverarbeitet wird.A process for preparing an antimicrobial additive for powder coating compositions as a powdered masterbatch comprising a modified layered silicate and a powder coating binder as described in the preceding claims, characterized in that the modified layered silicate by extrusion into the melt of the powder coating binder in a proportion of 5 to 30 percent by weight, based on the product incorporated, and the melt obtained as a product is further processed into a powdered masterbatch.
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