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Wäßrige Anstrichfarbe, insbesondere Kasein-, Kautschuklatex-oder ölmodifizierte
Alkydharzfarbe Die Erfindung betrifft wäßrige Anstrichfarben mit verbesserten Eigenschaften,
die durch einen geringen Gehalt eines wasserlöslichen Alkalimetallsalzes einer kohlenwasserstoffsubstituierten
Silantriolverbindung gekennzeichnet sind.
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In der Anstrichtechnik, insbesondere im Bauwesen, haben wäßrige Anstrichfarben
(Emulsionsfarben und Emulsionsbinder) in den letzten Jahren große Bedeutung gewonnen.
Es sei nur verwiesen auf die Kasein, ölmodifizierte Alkydharze und. Kautschuklatices
enthaltenden Emulsionsfarben und -binder. Derartige wäßrige Anstrichfarben sind
jedoch mit gewissen Nachteilen behaftet, Der Kaseinfilm ist nur bedingt asch- und
wischfest, und die Kaseinanstrichfarben lassen sich insbesondere auf Putz nur schwer
verstreichen und haben keinen besonders guten Verlauf. Kautschuklatexfarbanstriche
haften nach dem Trocknen schlecht auf dem Untergrund. Schließlich werden wäßrige
Anstrichfarben leicht fleckig.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile durch Zusatz einer wäßrigen
Lösung eines wasserlöslichen Alkali.metallsalz.es eines kohlenwasserstoffsubstituierten
Silantriols verhindert werden können. Die wasserlöslichen Alkalirnetallsalze des
kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols (nachstehend kurz als »Alkalisiliconat«
bezeichnet) können auch in Form von wasserfreien Pulvern verwendet werden, die dem
trockenen Kasein oder den verschiedenen anderen wäßrigen Anstrichfarben beigegeben
werden. In gewissen Fällen, wenn die Stabilität der wäßrigen Anstrichfarbe durch
die Zugabe des Alkalisiliconats verändert werden kann, ist die Zusammensetzung der
Farbe dem "Zusatz anzupassen, z. B. durch Wahl geeigneter Emulgierungsmittel.
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Es ist schon bekannt, Siliconharze Farben zuzusetzen, um deren Wärmebeständigkeit
zu verbessern oder den solche Zusätze enthaltenden Farbfilmen höhere Festigkeit
und Zähigkeit zu verleihen. Die als Zusätze verwendeten Siliconharze sind jedoch
wasserunlöslich. Durch Zusatz anderer siliziumhaltiger Stoffe als der wasserlöslicher
Alkalisiliconate, z. B. Siliconöle oder Siliconharze, werden nicht die gleich guten
Ergebnisse erzielt, wie aus den folgenden Vergleichsversuchen hervorgeht.
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A. Herstellung einer Lösung eines Natriumsalzes von Methylsilantriol
1 Mol Methyltrichlorsilan wird schnell und unter Rühren zu einer Menge Wasser gegeben,
die größer als die zur Hydrolyse sämtlicher an Silizium gebundener Chloratome erforderliche
ist. Die erhaltene Lösung wird stehengelassen, bis sich das gesamte gebildete Methylpolysiloxan
als feines Pulver ausgeschieden hat. Das Pulver wird abfiltriert, säurefrei gewaschen,
filtriert und getrocknet. 25 Teile des festen, im wesentlichen aus vernetzten
C H3 Si 01,5 Einheiten bestehenden Methylpolysiloxans werden in 26,7 Teilen
einer 50%igen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd aufgelöst. Danach wird mit weiteren
55,2 Teilen Wasser verdünnt. Unter kräftigem Rühren wird eine Lösung des Natriumsalzes
von Methylsilantriol in Wasser erhalten, die insgesamt 30% Feststoffe und 20% Methylpolysiloxan
(berechnet als C H3 Si 01,5) enthält.
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Das Natriumsalz des Methylsilantriols (auch Natriummethylsiliconat
genannt) hat vermutlich in verdünnter, wäßriger Lösung die Strukturformel I und
kann zu einer weißen Substanz mit der Molekularformel II getrocknet werden:
B. Herstellung einer Lösung eines Methylpolysiloxanliarzes Eine Mischung aus 90
Teilen Methyltrichlorsilan und 10Teilen Dimethyldichlorsilan wird unter kräftigem
Rühren mit einem Gemisch aus 66,7 Teilen Toluol, 66,7 Teilen sek. Butylalkohol und
333,3 Teilen Wasser zu einem Methylpolysiloxanharz hydroysiert. Die gebildete wäßrige
Schicht wird abgetrennt und
die Harzlösung säurefrei gewaschen.
Danach wird die Harzlösung mit Toluol auf 34% Harzfeststoffgehalt eingestellt. Diese
Harzlösung wird bei Zimmertemperatur mit einer geringen Menge Kaliumhydroxyd ersetzt,
um die Viskosität auf 350 cP zu bringen. Das Kaliumhydroxyd der Harzlösung wird
mit einer geringen Menge Essigsäure neutralisiert, die Harzlösung filtriert, und
danach wird mit weiteren Mengen Toluol auf einen Harzfeststofgehalt von 15 % eingestellt.
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Versuch 1 Eine wäßrige Alkydharzemulsionsfarbe, kurz Alkydfarbe genannt,
von folgender Zusammensetzung Gesamt-Pigmentgehalt ................. 52% davon Titandioxyd
. . . . . . . . . . . .. .. . . . 1311/o Lithopone ........................ 49'°/o
Aluminiumsilikat ................. 23% Glimmerpulver ................... 9% Diatomeenerde
... .. .. .. ........... 6% Gesamt-Bindemittel . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 480/0 davon mit Rizinusöl modifiziertes Glycerin-Phthalat-Alkydharz ...... 29%
Wasser ... .. .. .. .. .. .. ........... 68% Emulgiermittel . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 3% wird auf eine ebene, poröse Gipsoberfläche gestrichen. Andere
gleiche Gipsflächen werden mit solchen wäßrigen Alkydharzgrundemulsionen bestrichen,
denen erstens 0,5 und 1 Gewichtsprozent des unter A beschriebenen Natriumsiliconats
- (berechnet als C H3 Si 01,5)
und zweitens 0,5 und 1 Gewichtsprozent des
unter B beschriebenen Methylpolysiloxanharzes zugesetzt wurden. Die angegebene Gewichtsmenge
der siliziumhaltigen Zusätze ist bezogen auf das Gesamtgewicht der Alkydharzfarbe.
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Die überzogenen Gipsflächen werden 3 Stunden bzw. 33 Tage bei Zimmertemperatur
an der Luft getrocknet. Danach werden die überzogenen Oberflächen in üblicher Weise
auf Abwaschbarken geprüft, indem laufend eine wäßrige Lösung eines Reinigungsmittels
auf die bestrichene Oberfläche aufgebracht wird, während diese mechanisch mit einer
Bürste gemäß den Vorschriften der Federal Specification TT-P-141 b des Bureau of
Federal Supply vom 15. Januar 1949 gebürstet wird. Es wird so lange gebürstet, bis
ein Teil des -Farbfilmes aufreißt oder von der Unterlage abgerieben ist, so daß
die Unterlage zum Vorschein kommt. Die Anzahl der Bürstenstriche, die erforderlich
ist, üm die Unterlage freizulegen, wird bestimmt. In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse
dieser Bürstenprüfung an verschiedenen überzogenen Oberflächen angegeben. Jedes
Versuchsergebnis stellt den Mittelwert von sechs Versuchen dar. In der Tabelle bezieht
sich der Ausdruck »Natriumsiliconat« auf das Natriumsalz des Methylsilantriols,
wie es gemäß A hergestellt wurde, und der Ausdruck »Methylharz« auf das Methylpolysiloxanharz,
hergestellt nach B.
| Tabelle 1 |
| Abwaschbarkeit |
| Zusatz nach nach |
| . 3 Stunden I 33 Tagen |
| Ohne ..... . .............. 8 12 Striche |
| 0,5% Natriumsiliconat .... - 16 " |
| 1 -0/ö Natriumsiliconat ..... 12 18 " |
| 0,50/0 Methylharz ........ - 13 " |
| 1 % Methylharz . . . . . . . . . . 4 12 " |
Versuch 2 Es wird eine basische Kaseinfarbe durch Mischen von 72 g Wasser mit 100
g einer pulverigen Zusammensetzung aus Gewichtsprozent Kasein ........................
7 gelöschter Kalk ................ 3 amorphes Calciumkarbonat .. ... 40 Magnesiumsilikat
.............. 30 Aluminiumsilikat .............. 15 Titancalciumoxyd ..............
5 hergestellt.
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Diese Kaseinfarbe wird dann entsprechend Versuch 1 auf Gipsoberflächen
aufgestrichen. Andere Gipsoberflächen werden mit der gleichen Kaseinfarbe überzogen,
die aber einmal 1 Gewichtsprozent des Natriumsalzes von Methylsilantriol nach A
(berechnet als C H3 Si O1,5) und zum anderen 1 Gewichtsprozent Methylpolysiloxanharz
gemäß B enthält. Die angegebenen Mengen der Zusätze beziehen sich auf den Feststoffgehalt
der Kaseinfarbe. Die gestrichenen Oberflächen werden 40 Tage bei Zimmertemperatur
der Luft ausgesetzt und danach der Abwaschprüfung gemäß Versuch 1 unterworfen. Die
Probe ohne Zusatz ebenso wie die das Methylpolysiloxanharz enthaltende Probe erforderten
im Mittel von zwölf Versuchen 19 Bürstenstriche, bevor die Unterlage zum Vorschein
kam, während die das Natriumsalz des Methylsilantriols enthaltende Kaseinfarbe im
Mittel von zwölf Versuchen erst nach 25 Bürstenstrichen bis zur Unterlage durchgebürstet
ist.
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Bei den Versuchen 1 und 2 sind die unter Verwendung des Natriumsalzes
von Methylsilantriol hergestellten Farbanstriche glatter und zeigen weniger Pinselfurchen
als die Oberflächen der Kontrollproben oder der Oberflächen, die mit dem Methylpolysiloxanharz
als Zusatz hergestellt wurden.
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Es ergibt sich also: Durch Einführung einer geringen Menge eines Metallsalzes
eines kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols in eine wäßrige Anstrichfarbe
wird deren Abwaschbarkeit gegenüber entsprechenden Farben verbessert, die kein Alkalisiliconat
enthalten oder in die eine äquivalente Menge eines Organopolysiloxanharzes eingeführt
wurde.
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Es werden ganz unterschiedliche Vorteile erzielt, wenn geringere Mengen
Alkalimetallsalz eines kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols, beispielsweise
Natriumsalz des Methylsilantriols, in eine wäßrige Anstrichfarbe, wie eine Kaseinfarbe
und eine Alkydharzfarbe, eingeführt werden und wenn zu den gleichen Farben an Stelle
des Alkalisiliconats eine äquivalente Menge Organopolysiloxanha,rz, beispielsweise
ein Methylpolysiloxanharz, gegeben wird.
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Durch Zusatz einer geringen Menge eines Alkalinietallsalzes eines
kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols zu einer wäßrigen Anstrichfarbe wird
das Aussehen der hiermit überzogenen Oberflächen wesentlich verbessert, was daraus
hervorgeht, daß weniger Pinselfurchen auf der überzogenen Oberfläche entstehen,
als wenn die ummodifizierte wäßrige Anstrichfarbe verwendet wird; ähnliche Verbesserungen
des Aussehens gestrichener Oberflächen können durch Anwendung äquivalenter Mengen
eines Organopolysiloxanharzes, beispielsweise eines Methylpolysi.loxanharzes, an
Stelle des Alkalisiliconats nicht erzielt werden.
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Die Alkalimetallsalze, für deren Herstellung kein Schutz beansprucht
wird, können z. B. nach den Vor-
Schriften der USA.-Patentschrift
2 507 200 hergestellt werden. Derartige Salze sind schon für sich zur wasserabweisenden
Imprägnierung verschiedener Stoffe, insbesondere Cellulosefasern, verwendet worden.
Die das lösliche Metallsalz enthaltende Lösung wird mit Wasser zu der gewünschten
Konzentration verdünnt, gegebenenfalls mit Salzen, wie .Aluminiumnitrat und Aluminiumacetat,
gemäß Patentanmeldung G 11844IVc/8k neutralisiert und dann zusammen mit der wäßrigen
Anstrichfarbe verwendet. Die Lösung des Alkalisiliconats kann aber auch entwässert
und das Metallsalz in Form eines feinteiligen Pulvers der Anstrichfarbe vor oder
nach Vermischung mit Wasser zugefügt werden.
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Im allgemeinen wird die wäßrige Lösung der Siliconate in möglichst
konzentrierter Form, z. B. von 20 bis 50%, bezogen auf Trockensubstanz, hergestellt.
Später, vor der Zumischung zu den wäßrigen Anstrichfarben, können die hochkonzentrierten
Lösungen mit Wasser verdünnt werden. Gegebenenfalls können der wäßrigen Lösung des
Metallsalzes geringe Mengen von mit Wasser mischbaren Alkoholen, Ketonen oder Athern
zugefügt werden, um die Stabilität der Lösungen zu erhöhen und ihr-en Gefrierpunkt
zu erniedrigen. Äthanol ist besonders wirkungsvoll und stabilisiert die wäßrige
Lösung des Alkalisiliconats bei Konzentrationen von ungefähr 4 bis 40%.
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Die in Verbindung mit den wäßrigen Anstrichfarben anwendbaren Mengen
der Siliconate können innerhalb weiter Grenzen schwanken. Die Verbesserung der Eigenschaften
der für die Überzugszwecke anzuwendenden Anstrichfarbe auf wäßriger Grundlage tritt
ein, wenn, bezogen auf das Gewicht der Festsubstanzen in der Wasseranstrichfarbe
(z. B. Farbkörper, Binder usw.), Mengen von ungefähr 0,1 bis 7% Alkalisiliconat
(d. h. R Si 02 M, wobei R ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest und M ein Alkalimetall
ist) verwendet werden. Die Konzentration des Alkalisiliconats, bezogen auf Gewichtsgrundlage
und bei echnet als R Si 01,5, wobei R ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest ist,
soll vorzugsweise zwischen 0,05 bis 7% des Gesamtgewichtes der in der Anstrichfarbe
vorhandenen Festsubstanzen liegen. Je nach der besonderen Grundlage der Wasserfarbe,
der Art des verwendeten Alkalisiliconats, der Stärke der erwünschten Wirkung usw.
können höhere oder niedere Konzentrationen des Alkalisiliconats angewendet werden.
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Überraschenderweise hängt die Menge des Metallsalzes auch von der
Art der Oberfläche ab, auf die die wäßrige Anstrichfarbe aufgetragen wird. Gipsoberflächen
und leichte Bauplatten z. B. benötigen verschiedene Mengen des Siliconats, um gleiche
Eigenschaften zu erhalten. Im allgemeinen wird, besonders bei Gipsuntergrund, um
so weniger Alkalisiliconat nötig sein, je dichter die Oberfläche ist.
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Bei einem Zusatz des Siliconats zu Latexfarben, die auf Gipsoberflächen
aufgetragen werden, stellt man fest, -daß der natriummethylsiliconathaltige Farbfilm
nach Lufttrocknung eine größere Haftfähigkeit auf der Gipsoberfläche hat als ein
Farbfilm ohne Natriummethylsiliconat. Der Farbfilm mit Zusatz wird durch wäßrige
Substanzen kaum fleckig, während der fleckige Anteil des Farbfilms ohne Zusatz trotz
mehrmaligem Waschen fleckig blieb.
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An Stelle der beschriebenen wasserhaltigen An-@trichfarben können
auch andere Arten von Farben auf Wassergrundlage verwendet werden. So kann man Sojaeiweiß
zusammen mit der Kaseinfarbe oder an Stelle letzterer verwenden. Außerdem kann man
Kasein in geringen Mengen zusammen mit den erwähnten Alkydharz- und Kautschuklatexfarben
verwenden.
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An Stelle des Natriummethylsiliconats können auch andere organische
Alkalisiliconate (Alkalisalze anderer Organosilantriolverbindungen), wie Kaliumniethylsiliconat,
Natriumphenylsiliconat und Natriumiithylsiliconat, Verwendung finden. Im allgemeinen
können die bei der Durchführung der Erfindung verwendeten organischen Alkalisiliconate
der allgemeinen Formel
entsprechen, in der R ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest und M ein Alkalimetall
ist.
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Die alkalisiliconathaltigen wäßrigen Anstrichfarben sind auch zum
Überziehen anderer Oberflächen, z. B. von Holz, hervorragend geeignet. Die erhaltenen
Farbfilme lassen sich leicht, ohne Beeinträchtigung des Farbfilmes, abwaschen und
haften in vielen Fällen auch besser auf der darunterliegenden Oberfläche.